利用风光并网及压电技术的铁路空间整体发电系统的制作方法

本实用新型属于发电技术领域，尤其是一种利用风光并网及压电技术的铁路空间整体发电系统。

背景技术：

电气化的铁路运输方式得到不断的发展和普及。但目前我国电能仍以煤电为主，煤电不仅面临煤炭资源紧缺的现状，也会在生产过程中造成空气污染，在铁路运输中利用清洁的可再生能源，已经变得十分必要。

关于风能、太阳能等新能源产业的用地，我国提出鼓励不占压土地、不改变土地形态的开发模式。充分利用铁路基础设施及其沿线的土地和空间进行清洁能源开发，不仅能提高土地资源的利用效率，还能实现清洁能源的就地开发就地利用，避免远距离运输产生的损耗。

太阳能、风能、压电等技术与单一的基础设施相结合的相关实用新型和实用新型已出现，例如铁路照明中的可再生能源利用，但是利用多种铁路基础设施和附属空间，运用多种清洁能源开发技术，并将其有机整合的整体化发电系统的研究尚处于空白。专利文献CN201410119277.6(利用压电技术在轨道交通上产生再生能源的方法)将传统的压电技术与到轨道交通相结合，但是单一的发电技术很难满足对牵引铁路的用电量，并且针对铁路运输的电能储存和互补方式没有进行考虑和探讨。铁路列车经过时由于速度快，带动空气摩擦，会产生空气涡流，利用铁路空气涡流发电的相关实用新型还处于空白阶段。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用风光并网及压电技术的铁路空间整体发电系统，解决化电气化铁路运输中可再生能源的综合利用问题。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种利用风光并网及压电技术的铁路空间整体发电系统，包括太阳能发电模块、风力发电模块、压电模块、电能控制装置，所述太阳能发电模块输入端分别与安装在铁路防护栏侧面的太阳能电池板、安装在铁路边坡上的的太阳能电池板、安装在铁轨中间的太阳能电池板相连接，太阳能发电模块输出端连接电能控制装置；所述风力发电模块输入端分别与安装在铁路防护栏顶端的小型风能发电机、安装在列车防护栏的风能发电机组相连接，风力发电模块输出端连接电能控制装置；所述压电模块输入端与安装在铁轨和轨枕之间的压电晶体相连接，压电模块输出端连接电能控制装置；所述电能控制装置与用电负载及电网相连接实现为用电负载供电以及并网、补偿功能。

所述太阳能发电模块、风力发电模块、压电模块分别通过各自的整流滤波电路、升压电路连接到直流母线上，连接在直流母线上的逆变器通过滤波电路连接到电能控制装置上。

本实用新型的优点和有益结果是：

1、本实用新型充分利用太阳能发电、风能发电、压电技术并基于铁路基础设施及其附属空间(铁路边坡、铁轨、双轨道中间区域、铁路防护栏等)设计构成，为铁路牵引运输提供太阳能、风能等清洁能源，减少使用传统煤电带来的污染；同时，本实用新型充分开发铁路基础设施和沿线空间，不侵占多余土地，避免大规模清洁能源开发占用大面积土地的弊端，提高了土地利用效率。

2、本实用新型实现多种清洁能源互补，也可与电网互补，产能不足时及时提供补给，不仅可以满足铁路基础设施用电，多余电能可用于牵引列车用电，也可供沿线村镇居民使用。

3、本实用新型利用铁路机车高速运行时带来的空气涡流，只需填制简单的风力发电设备就可进行发电。

4、本实用新型利用铁路防护栏安装能源开发装置，既起到防护目的，也能节约空间、产生电能。

附图说明

图1为本实用新型的系统连接示意图；

图2为本实用新型的设备安装位置示意图(立体图)；

图3为本实用新型的设备安装位置示意图(侧视图)；

图4为铁路防护栏上的太阳能电池板、小型风能发电机安装位置图；

图5为列车防护栏上的的风能发电机组安装位置图；

图6为本实用新型的整体电路图；

图中：1-铁路防护栏侧面的太阳能电池板，2-铁路防护栏顶端的小型风能发电机，3-铁路边坡的太阳能电池板，4-铁轨中间的太阳能电池板，5-列车防护栏的风能发电机组，6-铁轨和轨枕之间的压电晶体。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例作进一步详述：

一种利用风光并网及压电技术的铁路空间整体发电系统，如图1所示，包括太阳能发电模块、风力发电模块、压电模块、电能控制装置，所述太阳能发电模块输入端分别与安装在铁路防护栏侧面的太阳能电池板1、安装在铁路边坡上的的太阳能电池板3、安装在铁轨中间的太阳能电池板4相连接，太阳能发电模块输出端连接电能控制装置；所述风力发电模块输入端分别与安装在铁路防护栏顶端的小型风能发电机2、安装在列车防护栏的风能发电机组5相连接，风力发电模块输出端连接电能控制装置；所述压电模块输入端与铁轨和轨枕之间的压电晶体相连接，压电模块输出端连接电能控制装置。所述电能控制装置与用电负载及电网相连接，电能控制装置对太阳能发电模块、风力发电模块、压电模块输入的电能进行处理后为用电负载供电，同时与电网相连接实现并网及补偿功能。用电负载包括铁路基础设施用电、铁路牵引用电、附近村镇用电等。

本实用新型建立铁路空间整体发电系统，可以充分利用其附属设施空间为铁路基础设施和牵引提供电能，针对不同的铁路基础设施空间采取了不同的技术，下面分别进行说明：

本实用新型利用铁路防护栏的支撑结构安装太阳能电池板(如图2、图3、图4所示)，进行太阳能发电。由于铁轨两侧因为高速行驶的列车与空气进行摩擦，产生很大风能，在铁路防护栏的支撑架构顶端安装小型风力发电机(如图2、图3、图4所示)，利用铁路列车带动的空气涡流带动风力发电机转动从而发电。在两列行驶的火车之间也会产生空气涡流，在列车防护栏上安装风力发电机组(如图2、图5所示)，进行风能发电。

由于铁路轨道通常由两条平行的钢轨组成，需要承受铁路列车和所载的货物和旅客的重量，对铁轨造成巨大的机械压力，本实用新型利用压电技术，将这种机械压力转换成电能，即：将压电晶体安装在铁路钢轨和轨枕接触处(如图2、图3所示)，当铁路列车经过，对铁轨和轨枕产生巨大压力时，晶体内部就会强大的脉冲高压电，收集这种电荷就能产生巨大的电能。

由于铁路的两条轨道中间和两侧的铁路护坡用地往往被闲置，尤其用地较为零散不集中的特征，本实用新型则将这些零散的用地与分布式光伏发电相结合，在铁轨中间和两侧铁路护坡处土地上连续平铺太阳能电池组件(如图2、图3所示)，进行发电。

本实用新型利用风能、太阳能和压电模块所产生的电能的输出端借助埋设的电线连接至逆变器，通过设置在铁路两侧的用电控制装置调节产电和用电，三个用电模块也可以互相补充，产电充足时可满足铁路负载或并网供附近居民使用，电量不足时利用电网电力。本实用新型的具体电路，如图6所示，风力发电模块输出端通过整流滤波电路、升压电路连接到直流母线上，太阳能发电模块通过滤波整流电路及升压电路连接到直流母线上，压电模块通过整流滤波电路及升压电路连接到直流母线上，连接到直流母线上的逆变器对上述发电模块产生直流电转换成交流电源并经滤波处理输出到电能控制装置上，电能控制装置对上述发电模块产生的电能、电网、用电负载进行综合控制，为用电负载供电。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。