利用風光并網及壓電技術的鐵路空間整體發電系統的制作方法

本實用新型屬于發電技術領域，尤其是一種利用風光并網及壓電技術的鐵路空間整體發電系統。

背景技術：

電氣化的鐵路運輸方式得到不斷的發展和普及。但目前我國電能仍以煤電為主，煤電不僅面臨煤炭資源緊缺的現狀，也會在生產過程中造成空氣污染，在鐵路運輸中利用清潔的可再生能源，已經變得十分必要。

關于風能、太陽能等新能源產業的用地，我國提出鼓勵不占壓土地、不改變土地形態的開發模式。充分利用鐵路基礎設施及其沿線的土地和空間進行清潔能源開發，不僅能提高土地資源的利用效率，還能實現清潔能源的就地開發就地利用，避免遠距離運輸產生的損耗。

太陽能、風能、壓電等技術與單一的基礎設施相結合的相關實用新型和實用新型已出現，例如鐵路照明中的可再生能源利用，但是利用多種鐵路基礎設施和附屬空間，運用多種清潔能源開發技術，并將其有機整合的整體化發電系統的研究尚處于空白。專利文獻CN201410119277.6(利用壓電技術在軌道交通上產生再生能源的方法)將傳統的壓電技術與到軌道交通相結合，但是單一的發電技術很難滿足對牽引鐵路的用電量，并且針對鐵路運輸的電能儲存和互補方式沒有進行考慮和探討。鐵路列車經過時由于速度快，帶動空氣摩擦，會產生空氣渦流，利用鐵路空氣渦流發電的相關實用新型還處于空白階段。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種利用風光并網及壓電技術的鐵路空間整體發電系統，解決化電氣化鐵路運輸中可再生能源的綜合利用問題。

本實用新型解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種利用風光并網及壓電技術的鐵路空間整體發電系統，包括太陽能發電模塊、風力發電模塊、壓電模塊、電能控制裝置，所述太陽能發電模塊輸入端分別與安裝在鐵路防護欄側面的太陽能電池板、安裝在鐵路邊坡上的的太陽能電池板、安裝在鐵軌中間的太陽能電池板相連接，太陽能發電模塊輸出端連接電能控制裝置；所述風力發電模塊輸入端分別與安裝在鐵路防護欄頂端的小型風能發電機、安裝在列車防護欄的風能發電機組相連接，風力發電模塊輸出端連接電能控制裝置；所述壓電模塊輸入端與安裝在鐵軌和軌枕之間的壓電晶體相連接，壓電模塊輸出端連接電能控制裝置；所述電能控制裝置與用電負載及電網相連接實現為用電負載供電以及并網、補償功能。

所述太陽能發電模塊、風力發電模塊、壓電模塊分別通過各自的整流濾波電路、升壓電路連接到直流母線上，連接在直流母線上的逆變器通過濾波電路連接到電能控制裝置上。

本實用新型的優點和有益結果是：

1、本實用新型充分利用太陽能發電、風能發電、壓電技術并基于鐵路基礎設施及其附屬空間(鐵路邊坡、鐵軌、雙軌道中間區域、鐵路防護欄等)設計構成，為鐵路牽引運輸提供太陽能、風能等清潔能源，減少使用傳統煤電帶來的污染；同時，本實用新型充分開發鐵路基礎設施和沿線空間，不侵占多余土地，避免大規模清潔能源開發占用大面積土地的弊端，提高了土地利用效率。

2、本實用新型實現多種清潔能源互補，也可與電網互補，產能不足時及時提供補給，不僅可以滿足鐵路基礎設施用電，多余電能可用于牽引列車用電，也可供沿線村鎮居民使用。

3、本實用新型利用鐵路機車高速運行時帶來的空氣渦流，只需填制簡單的風力發電設備就可進行發電。

4、本實用新型利用鐵路防護欄安裝能源開發裝置，既起到防護目的，也能節約空間、產生電能。

附圖說明

圖1為本實用新型的系統連接示意圖；

圖2為本實用新型的設備安裝位置示意圖(立體圖)；

圖3為本實用新型的設備安裝位置示意圖(側視圖)；

圖4為鐵路防護欄上的太陽能電池板、小型風能發電機安裝位置圖；

圖5為列車防護欄上的的風能發電機組安裝位置圖；

圖6為本實用新型的整體電路圖；

圖中：1-鐵路防護欄側面的太陽能電池板，2-鐵路防護欄頂端的小型風能發電機，3-鐵路邊坡的太陽能電池板，4-鐵軌中間的太陽能電池板，5-列車防護欄的風能發電機組，6-鐵軌和軌枕之間的壓電晶體。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型實施例作進一步詳述：

一種利用風光并網及壓電技術的鐵路空間整體發電系統，如圖1所示，包括太陽能發電模塊、風力發電模塊、壓電模塊、電能控制裝置，所述太陽能發電模塊輸入端分別與安裝在鐵路防護欄側面的太陽能電池板1、安裝在鐵路邊坡上的的太陽能電池板3、安裝在鐵軌中間的太陽能電池板4相連接，太陽能發電模塊輸出端連接電能控制裝置；所述風力發電模塊輸入端分別與安裝在鐵路防護欄頂端的小型風能發電機2、安裝在列車防護欄的風能發電機組5相連接，風力發電模塊輸出端連接電能控制裝置；所述壓電模塊輸入端與鐵軌和軌枕之間的壓電晶體相連接，壓電模塊輸出端連接電能控制裝置。所述電能控制裝置與用電負載及電網相連接，電能控制裝置對太陽能發電模塊、風力發電模塊、壓電模塊輸入的電能進行處理后為用電負載供電，同時與電網相連接實現并網及補償功能。用電負載包括鐵路基礎設施用電、鐵路牽引用電、附近村鎮用電等。

本實用新型建立鐵路空間整體發電系統，可以充分利用其附屬設施空間為鐵路基礎設施和牽引提供電能，針對不同的鐵路基礎設施空間采取了不同的技術，下面分別進行說明：

本實用新型利用鐵路防護欄的支撐結構安裝太陽能電池板(如圖2、圖3、圖4所示)，進行太陽能發電。由于鐵軌兩側因為高速行駛的列車與空氣進行摩擦，產生很大風能，在鐵路防護欄的支撐架構頂端安裝小型風力發電機(如圖2、圖3、圖4所示)，利用鐵路列車帶動的空氣渦流帶動風力發電機轉動從而發電。在兩列行駛的火車之間也會產生空氣渦流，在列車防護欄上安裝風力發電機組(如圖2、圖5所示)，進行風能發電。

由于鐵路軌道通常由兩條平行的鋼軌組成，需要承受鐵路列車和所載的貨物和旅客的重量，對鐵軌造成巨大的機械壓力，本實用新型利用壓電技術，將這種機械壓力轉換成電能，即：將壓電晶體安裝在鐵路鋼軌和軌枕接觸處(如圖2、圖3所示)，當鐵路列車經過，對鐵軌和軌枕產生巨大壓力時，晶體內部就會強大的脈沖高壓電，收集這種電荷就能產生巨大的電能。

由于鐵路的兩條軌道中間和兩側的鐵路護坡用地往往被閑置，尤其用地較為零散不集中的特征，本實用新型則將這些零散的用地與分布式光伏發電相結合，在鐵軌中間和兩側鐵路護坡處土地上連續平鋪太陽能電池組件(如圖2、圖3所示)，進行發電。

本實用新型利用風能、太陽能和壓電模塊所產生的電能的輸出端借助埋設的電線連接至逆變器，通過設置在鐵路兩側的用電控制裝置調節產電和用電，三個用電模塊也可以互相補充，產電充足時可滿足鐵路負載或并網供附近居民使用，電量不足時利用電網電力。本實用新型的具體電路，如圖6所示，風力發電模塊輸出端通過整流濾波電路、升壓電路連接到直流母線上，太陽能發電模塊通過濾波整流電路及升壓電路連接到直流母線上，壓電模塊通過整流濾波電路及升壓電路連接到直流母線上，連接到直流母線上的逆變器對上述發電模塊產生直流電轉換成交流電源并經濾波處理輸出到電能控制裝置上，電能控制裝置對上述發電模塊產生的電能、電網、用電負載進行綜合控制，為用電負載供電。

需要強調的是，本實用新型所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實用新型包括并不限于具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本實用新型的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本實用新型保護的范圍。