西北地區(qū)高速路測(cè)速用風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前言電力在我們的日常生活中占據(jù)主要能源位置。相比東部地區(qū)，我國(guó)西北地區(qū)城市發(fā)展規(guī)模小，高速路入口遠(yuǎn)離市區(qū)，多數(shù)高速公路的入口、出口遠(yuǎn)離市區(qū)四十公里以上，高速公路更是多縱深于無人區(qū)，高速公路區(qū)域目前仍無法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期有效的電力供應(yīng)。利用變電站遠(yuǎn)程高壓線路為其輸電，電力的傳輸損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大過負(fù)載消耗得不償失。在化石能源日益稀缺的今日，為其建立以化石能源發(fā)電的發(fā)電站的方案更加不可行。而高速公路入口速度監(jiān)測(cè)和分段區(qū)域速度監(jiān)測(cè)等裝置是保障高速公路日常安全保障必不可少的措施，其對(duì)電力的需求不可或缺，所以在遠(yuǎn)程輸電不可行的情況下本文將結(jié)合設(shè)計(jì)地區(qū)氣候情況構(gòu)建一套小型風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)作為雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)的電力來源。1.1風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)原理風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)，簡(jiǎn)而言之就是將太陽(yáng)能電池板以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)這兩種利用不同自然資源的發(fā)電組件組合構(gòu)成的發(fā)電系統(tǒng)，結(jié)合自我控制系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)，使其更適應(yīng)自然環(huán)境，并能提高資源利用效率ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>邢燕穎</Author><Year>2010</Year><RecNum>1582</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>1582</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wex5zsfzktrasqet55ypedayxax9r2sd2wzr"timestamp="1589416960">1582</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>邢燕穎</author><author>車現(xiàn)法</author><author>翟洪柱%J中國(guó)交通信息化</author></authors></contributors><titles><title>小型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的應(yīng)用</title></titles><pages>136-139</pages><number>4</number><dates><year>2010</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1]。一般情況下，白天主要采用光伏發(fā)電，夜間風(fēng)機(jī)依靠微風(fēng)發(fā)電，利用兩種發(fā)電組件的特性，以晝夜互補(bǔ)的方式維持系統(tǒng)輸出穩(wěn)定。風(fēng)機(jī)和光伏板這種組合對(duì)不同的氣候帶來的風(fēng)力資源和太陽(yáng)輻射都能互補(bǔ)發(fā)電，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出，解決了以往單一的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電受天氣影響大、發(fā)電不穩(wěn)定、電量小等缺點(diǎn)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>天工</Author><Year>2018</Year><RecNum>1583</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[2]</style></DisplayText><record><rec-number>1583</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wex5zsfzktrasqet55ypedayxax9r2sd2wzr"timestamp="1589419000">1583</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>李佳%J天工</author></authors></contributors><titles><title>新型太陽(yáng)能和風(fēng)能混合發(fā)電系統(tǒng)研究與應(yīng)用分析</title></titles><pages>后插74</pages><volume>000</volume><number>3</number><dates><year>2018</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2]。而且，該系統(tǒng)在合理配置的情況下，在偏遠(yuǎn)地帶無人區(qū)，還將省去因建設(shè)許多變電站所引發(fā)的資源浪費(fèi)問題，是當(dāng)下對(duì)于光能和風(fēng)能發(fā)電資源的一種絕佳發(fā)電配置組合（見圖1.1）。圖1.1風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)構(gòu)成1.2風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)發(fā)展歷程最早的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電理論是1981年由丹麥科學(xué)家N·E·Busch和Kllenbach提出ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>付雅林</Author><Year>2012</Year><RecNum>1585</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>1585</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wex5zsfzktrasqet55ypedayxax9r2sd2wzr"timestamp="1589420883">1585</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>付雅林</author></authors></contributors><titles><title>垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)光互補(bǔ)研究</title></titles><dates><year>2012</year></dates><publisher>中北大學(xué)</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[3]。但是在當(dāng)時(shí)，光互補(bǔ)發(fā)系統(tǒng)不過是將風(fēng)力機(jī)和光伏發(fā)電板這兩種完全不同的發(fā)電元件進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)單的組合發(fā)電而已。后續(xù)，蘇聯(lián)和美國(guó)相繼深入研究了風(fēng)光發(fā)電的可能性與發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換控制問題，這才為后來的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)奠定了對(duì)應(yīng)的科學(xué)理論依據(jù)基礎(chǔ)。同時(shí)期，我國(guó)的余陽(yáng)平等人于1982年研制綜合利用風(fēng)能和太陽(yáng)能的發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換裝置，從此我國(guó)的風(fēng)互補(bǔ)發(fā)電的研究開始走進(jìn)實(shí)用發(fā)展階段。經(jīng)過幾十年風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)技術(shù)上的發(fā)展，現(xiàn)如今的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)不再是最初的將風(fēng)力機(jī)和光伏組件進(jìn)行簡(jiǎn)單組合各自利用而已。隨著近年來風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的使用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，為了保證其發(fā)電狀況的穩(wěn)定性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性要求的提高，科研人員們研發(fā)了一系列的模擬軟件包以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)軟件，模擬真實(shí)環(huán)境進(jìn)行控制優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究人員利用模擬氣象數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)地區(qū)進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)計(jì)算，為尋找最佳的風(fēng)力機(jī)光伏板間的能源比例提供最佳風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)配置。進(jìn)入21世紀(jì)后，由于化石能源的缺乏以及溫室效應(yīng)的日益加劇，人們開始利用的新能源中，風(fēng)能和光能首當(dāng)其沖。這十多年間由于風(fēng)力電廠對(duì)于環(huán)境的巨大影響及不穩(wěn)定性、新型垂直軸風(fēng)力機(jī)的出現(xiàn)、光伏材料成本下降，太陽(yáng)能風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)顯現(xiàn)出其巨大的優(yōu)勢(shì)成為各國(guó)的大力支持項(xiàng)目，在中國(guó)、印度、日本等國(guó)家均得到了大力的支持，太陽(yáng)能風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)將成為未來電力來源的主力支撐。1.3研究現(xiàn)狀我國(guó)近十年來，在各種政策大力推動(dòng)下，清潔能源行業(yè)發(fā)展迅猛，尤其是太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電。在這短短的十多年間，相對(duì)歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)的光電能源利用發(fā)展上，從2011年到2019年，光伏累計(jì)裝機(jī)容量從最初的293萬千瓦飛速上升至20000萬千瓦，發(fā)電量也從18億千瓦時(shí)上升至2554億千瓦時(shí)（見圖1.2）。無論是發(fā)展速度還是已建造數(shù)量，光伏發(fā)電都已經(jīng)成為我國(guó)能源發(fā)電的龍頭產(chǎn)業(yè)，我國(guó)成為了繼日本、荷蘭、印度等六國(guó)之后新起的光伏、風(fēng)力發(fā)電大國(guó)，并實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上和發(fā)展上的彎道超車。圖1.2近年我國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)量快速的技術(shù)革新帶來最直觀的影響，是太陽(yáng)能風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)原材料價(jià)格的下降。2019年年底國(guó)內(nèi)單晶用料均價(jià)降低至74元/kg，多晶用料也僅需61元/kg。單晶硅料價(jià)格受到單晶硅片產(chǎn)能持續(xù)釋放，需求強(qiáng)勁。單晶用料、多晶用料等原材料價(jià)格大幅度下降，導(dǎo)致往日造價(jià)高昂的光伏太陽(yáng)能板造價(jià)下降；同期鋼鐵等風(fēng)力機(jī)原材料的價(jià)格下降，風(fēng)力機(jī)的造價(jià)也實(shí)現(xiàn)了大幅下降；基于材料的價(jià)格下降、安裝費(fèi)用的減少以及政策補(bǔ)貼的增加，光伏發(fā)電成本以降至火力發(fā)電成本的水平，這是一件絕佳的好事。就在2019年的前三季度，我國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)便已達(dá)到19019萬千瓦，同比增長(zhǎng)了15%，新增裝機(jī)1599萬千瓦同比增長(zhǎng)28%。風(fēng)機(jī)新增裝容量1308萬千瓦，累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)量達(dá)到驚人的1.98億千瓦；這三季度，全國(guó)風(fēng)力發(fā)電1914億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)8.95%，并且棄風(fēng)量、棄光率較前明顯下降。而2019年1月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于積極推進(jìn)風(fēng)電、光伏發(fā)電無補(bǔ)貼平價(jià)上網(wǎng)有關(guān)工作的通知》一舉拉開了風(fēng)電、光伏平價(jià)試點(diǎn)的大幕，使其逐步擺脫對(duì)于補(bǔ)貼的依賴ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>太陽(yáng)能</Author><Year>2019</Year><RecNum>1586</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>1586</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wex5zsfzktrasqet55ypedayxax9r2sd2wzr"timestamp="1589421473">1586</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>國(guó)家能源局%J太陽(yáng)能</author></authors></contributors><titles><title>《關(guān)于積極推進(jìn)風(fēng)電、光伏發(fā)電無補(bǔ)貼平價(jià)上網(wǎng)有關(guān)工作的通知》解讀</title></titles><pages>9-10</pages><volume>297</volume><number>01</number><dates><year>2019</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]。光伏電力平價(jià)時(shí)代的到來使風(fēng)光發(fā)電有望成為度電成本最低的新型發(fā)電技術(shù)，勢(shì)必將掀起一場(chǎng)新的電力能源革命。1.4風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)發(fā)展前景在剛剛過去的2019年，亞馬遜森林大火以及澳洲大火所排放的二氧化碳使全球人民在過去10年間的低碳生活對(duì)溫室效應(yīng)的抑制工作付之東流。大面積供電之下使用風(fēng)光發(fā)電占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，我國(guó)在此方面也是大力推廣，云南省在高速公路建設(shè)上風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)等節(jié)能環(huán)保技術(shù)的使用ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>交通世界：建養(yǎng)</Author><Year>2016</Year><RecNum>1581</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>1581</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wex5zsfzktrasqet55ypedayxax9r2sd2wzr"timestamp="1589416707">1581</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>徐以升%J交通世界：建養(yǎng)</author></authors></contributors><titles><title>風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)在高速公路服務(wù)區(qū)應(yīng)用前景的探討</title></titles><pages>14-15</pages><volume>000</volume><number>002</number><dates><year>2016</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5]，海島多能互補(bǔ)獨(dú)立電力系統(tǒng)的應(yīng)用ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉靖飆</Author><Year>2012</Year><RecNum>1589</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[6]</style></DisplayText><record><rec-number>1589</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wex5zsfzktrasqet55ypedayxax9r2sd2wzr"timestamp="1589423405">1589</key></foreign-keys><ref-typename="ConferenceProceedings">10</ref-type><contributors><authors><author>劉靖飆</author><author>顧根香</author><author>薛飛</author><author>潘衛(wèi)明</author></authors></contributors><titles><title>海島可再生能源多能互補(bǔ)獨(dú)立電力系統(tǒng)應(yīng)用研究</title><secondary-title>中國(guó)海洋可再生能源發(fā)展年會(huì)暨論壇</secondary-title></titles><dates><year>2012</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6]，均證實(shí)了該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用的可行性。在未來，我們更需要擴(kuò)大清潔能源的使用范圍來保護(hù)家園。經(jīng)過2018年的“5-31”新政之后，到現(xiàn)在將近兩年的發(fā)展，光伏領(lǐng)域大浪淘沙內(nèi)部已經(jīng)完成新一輪的洗牌。所以如今還能夠活躍在光伏市場(chǎng)上的企業(yè)，都是久經(jīng)磨礪、實(shí)力雄厚、產(chǎn)品質(zhì)量過硬的大型企業(yè)，不再會(huì)像早期發(fā)展時(shí)發(fā)生大量騙局。而經(jīng)過7年多的發(fā)展沉淀，戶用光伏行業(yè)已經(jīng)逐步進(jìn)入正軌。我國(guó)核準(zhǔn)項(xiàng)目的風(fēng)電存量計(jì)約2000萬千瓦左右，2019年至2020年各種光伏的經(jīng)傳項(xiàng)目的風(fēng)電存量也在3600萬千瓦以上。水力發(fā)電雖在能源發(fā)現(xiàn)中占比最高，但水力發(fā)電2017年到2018年增速僅2.5%，說明水力資源利用趨于飽和。2018年風(fēng)力發(fā)電較2017年增速12.4%，2018年光伏發(fā)電較2017年增速達(dá)34.0%，在清潔能源中，目前光伏發(fā)電發(fā)展最快（見圖1.3）。圖1.32018年我國(guó)各清潔能源發(fā)電占比今年1月20日財(cái)務(wù)部、國(guó)家發(fā)改委和國(guó)家能源局三部下發(fā)了《關(guān)于促進(jìn)非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見》，意見不僅積極支持戶用光伏發(fā)展，國(guó)家政策的支持將再次加速風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的發(fā)展，為2020年的風(fēng)光強(qiáng)裝潮進(jìn)行了一次助力。由于今年將是擁有政策補(bǔ)貼的最后一年，光伏、風(fēng)電即將平價(jià)上網(wǎng)，因此在2021年的國(guó)家補(bǔ)助截止日期前，無論是風(fēng)力發(fā)電還是光伏發(fā)電的未完成項(xiàng)目在國(guó)家政策和未來需求之下有著大力的發(fā)展空間ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>電氣技術(shù)</Author><Year>2009</Year><RecNum>1588</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>1588</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wex5zsfzktrasqet55ypedayxax9r2sd2wzr"timestamp="1589422831">1588</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>嚴(yán)陸光%J電氣技術(shù)</author></authors></contributors><titles><title>看準(zhǔn)方向,堅(jiān)定信心,大力促進(jìn)我國(guó)大規(guī)模非水可再生能源發(fā)電</title></titles><pages>1-6</pages><volume>28</volume><number>8</number><dates><year>2009</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[7]。如果我們現(xiàn)在安裝光伏發(fā)電電站，在供給正常使用之余，多余的電還可以提供給國(guó)家，不但減少了電費(fèi)支出，還能獲得持續(xù)25年的固定收益。因此風(fēng)力和光伏組合的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在未來的前景良好，并很有可能在未來發(fā)展成為一種主流發(fā)電方式。

2榆林市太陽(yáng)能資源及風(fēng)力資源2.1地區(qū)氣候概況本次設(shè)計(jì)所選取的地點(diǎn)在榆林市，是陜西省日照時(shí)間最長(zhǎng)的地區(qū)，還是我國(guó)日照輻射高值區(qū)城市之一。榆林市屬溫帶半干旱大陸性氣候，處在北半球的副極地低氣壓帶和副熱帶高氣壓帶之間的季風(fēng)區(qū)域內(nèi)，一年四季之中氣溫變化明顯?？偟膩碚f春季氣溫大于秋季氣溫，春季干旱少雨溫度變化幅度大快但不穩(wěn)定，常伴隨大風(fēng)天氣降溫；秋季降溫迅速，常常一夜霜降導(dǎo)致地區(qū)早霜危害頻繁；冬季受北方冷氣團(tuán)控制，地區(qū)氣壓高，在步入1月份后反而天氣晴朗，冬季平均氣溫-7.8～4.1℃，從初冬到晚冬期間3個(gè)月氣溫變化梯度較大ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉子林</Author><Year>2005</Year><RecNum>1590</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>1590</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wex5zsfzktrasqet55ypedayxax9r2sd2wzr"timestamp="1589424604">1590</key></foreign-keys><ref-typename="ConferenceProceedings">10</ref-type><contributors><authors><author>劉子林</author><author>李強(qiáng)</author></authors></contributors><titles><title>榆林氣候變化特征分析</title><secondary-title>陜西省氣象學(xué)會(huì)2005年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集</secondary-title></titles><dates><year>2005</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[8]。從每年的10月下旬開始榆林便開始進(jìn)入大地封凍期，凍土層一直維持到來年的4月份才會(huì)徹底消失，正常年份的凍土深度維持在1～1.2米左右，在立春之后，氣溫便有明顯回升，陽(yáng)面的冰雪甚至在三天內(nèi)就完全消融。但是進(jìn)入春季后，太陽(yáng)直射點(diǎn)開始南移，北方的西西伯利亞極地高壓干冷氣團(tuán)也跟隨變化不斷南下侵襲，加上來西北季風(fēng)的影響這使得榆林春季的氣溫很不穩(wěn)定，常常發(fā)生“倒春寒”的現(xiàn)象，4月仍然存在降雪現(xiàn)象，甚至5月中旬在境內(nèi)也有過降雪記錄ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉丹丹</Author><Year>2015</Year><RecNum>1592</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[9]</style></DisplayText><record><rec-number>1592</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wex5zsfzktrasqet55ypedayxax9r2sd2wzr"timestamp="1589424926">1592</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>劉丹丹</author></authors></contributors><titles><title>陜北風(fēng)沙灘地區(qū)地下水動(dòng)態(tài)對(duì)煤炭開采的響應(yīng)研究</title></titles><dates><year>2015</year></dates><publisher>長(zhǎng)安大學(xué)</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[9]。在夏天，由于城市本身被沙漠環(huán)繞，沙漠與市區(qū)構(gòu)成的熱島效應(yīng)以及此時(shí)隨季節(jié)變化北半球氣壓中心已經(jīng)移至西太平洋，大陸氣團(tuán)和副熱帶高壓的雙重影響，導(dǎo)致這一時(shí)期氣溫高，天氣炎熱。在夏季之時(shí)各月市區(qū)的平均氣溫在20℃以上，午間的高溫時(shí)刻，地表溫度多在40℃以上，經(jīng)統(tǒng)計(jì)平均日最高氣溫高于28℃的天數(shù)，多年來觀測(cè)的平均值穩(wěn)定在24～71天左右。而秋季在高氣壓氣團(tuán)的北移以及穩(wěn)定控制下，氣溫飛速下降，在10～11月期間表現(xiàn)最為顯著，伴隨著霜凍天氣常常一夜入秋滿街草木黃了頭，使得農(nóng)戶防不勝防ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>唐啟敏</Author><RecNum>1591</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>1591</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wex5zsfzktrasqet55ypedayxax9r2sd2wzr"timestamp="1589424747">1591</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>唐啟敏</author></authors></contributors><titles><title>基于GIS的陜西省榆林市耕地土壤養(yǎng)分空間變異及其地力評(píng)價(jià)</title></titles><dates></dates><publisher>西北農(nóng)林科技大學(xué)</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]。從榆林的氣候條件和本地占有風(fēng)力、光伏資源特點(diǎn)來看，該地是極度適合采用風(fēng)光互補(bǔ)的技術(shù)的發(fā)展利用的。2.2榆陽(yáng)區(qū)太陽(yáng)能光伏情況根據(jù)氣象臺(tái)站輻射觀測(cè)資料分析所得到的榆林地區(qū)太陽(yáng)總輻射分布特征來看，榆林地區(qū)的春、夏、秋這3個(gè)季度高空氣象穩(wěn)定無云，光照條件極佳非常適合本地區(qū)對(duì)于太陽(yáng)能光伏資源的利用。在地理位置上榆陽(yáng)區(qū)正處于年太陽(yáng)總輻射最高值區(qū)位于明長(zhǎng)城沿線一帶的范圍之內(nèi)，對(duì)于本文設(shè)計(jì)的風(fēng)光互補(bǔ)獲得了極好的地理優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)所選取地點(diǎn)為榆林市的榆陽(yáng)區(qū)，該地區(qū)地處榆林市偏中部位陜蒙界邊緣長(zhǎng)城沿線一帶，是榆林市太陽(yáng)能資源最高的地區(qū)。此地年平均日照時(shí)數(shù)約為2914.2～2593.5小時(shí)，年總輻射量約為5389～6038兆焦耳/平方米，光照時(shí)數(shù)及輻射量均居全省之首ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>吳林榮</Author><Year>2013</Year><RecNum>1593</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[11]</style></DisplayText><record><rec-number>1593</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wex5zsfzktrasqet55ypedayxax9r2sd2wzr"timestamp="1589425386">1593</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">吳林榮</style></author><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">杜莉麗</style></author><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">王娟敏</style></author><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">孫嫻</style><styleface="normal"font="default"size="100%">%J</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">水土保持通報(bào)</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">陜北榆林地區(qū)太陽(yáng)能資源空間分布特征及資源潛力評(píng)估</style></title></titles><pages>238-242</pages><volume>033</volume><number>1</number><dates><year>2013</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11]。太陽(yáng)能資源穩(wěn)定,儲(chǔ)量豐富且具有較高的開發(fā)利用潛力，利于光伏設(shè)備穩(wěn)定發(fā)電為雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)獲得穩(wěn)定的電力能源。通過榆林市年鑒所獲得的榆陽(yáng)區(qū)2018年光照數(shù)據(jù)（見表2.1），該年的光伏數(shù)據(jù)處于往年的觀測(cè)范圍值之內(nèi)可以用于本設(shè)計(jì)的后續(xù)計(jì)算，是為后續(xù)太陽(yáng)能電池組件功率設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)來源。表2.12018年榆林市榆陽(yáng)區(qū)光照峰值月數(shù)據(jù)[12]月份月平均日照時(shí)數(shù)/h室外月均溫度/℃月平均總輻射量MJ/m2日均峰值時(shí)間/h1203.7-9233.72.162207.5-5.1283.82.633244.93.4407.83.84260.912.0514.34.85321.020.26395.96277.822.96295.87271.724.0616.35.78227.222.1535.94.969244.719.2450.34.1710163.010.5351.13.311215.31.8259.42.412194.0-6.9207.21.9年平均量2831.79.595127.81424.42.3榆陽(yáng)區(qū)風(fēng)力資源情況榆林市除了擁有陜西省最好的太陽(yáng)光伏資源外，還擁有陜西省最好的風(fēng)能資源。從地理方面得知本市獲有溫帶季風(fēng)氣候，風(fēng)速、風(fēng)力等風(fēng)能資源契合季節(jié)更替存在著明顯的差異，在春季（3～5月）風(fēng)速較大，3月4月的大風(fēng)多伴隨降溫出現(xiàn)，其中5月風(fēng)速最大，在市中心區(qū)域經(jīng)層層建筑削弱之后仍然能對(duì)路燈高度的電纜產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊；在秋季該地氣候穩(wěn)定風(fēng)速較小，在10月中旬左右達(dá)到全年的最低觀測(cè)值。春季大風(fēng)帶來的各種氣候現(xiàn)象是榆林市風(fēng)力資源的一個(gè)顯著特征，而從各方面的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比之后，榆林地區(qū)其風(fēng)速之大、范圍之廣、頻率之高、持續(xù)時(shí)間之長(zhǎng)在陜西省各個(gè)市縣之中是相當(dāng)突出的。根據(jù)陜西省氣象資料顯示，陜西有三個(gè)大的風(fēng)帶，分別分布于榆林明長(zhǎng)城沿線、晉陜蒙三省交界出的黃河大峽谷以及渭北銅川的黃土坮塬一帶。而其中風(fēng)況最好的風(fēng)帶就是榆林長(zhǎng)城沿線的榆陽(yáng)區(qū)，由于該地處陜西省北部黃土高原北緣與毛烏素沙漠之中，城區(qū)被沙漠和黃土高坡環(huán)繞，西北部以及東北部均為沙漠草灘地帶，地勢(shì)平坦開闊無遮攔風(fēng)力風(fēng)速不受環(huán)境削弱。較強(qiáng)的風(fēng)能密度以及明顯的季風(fēng)周期，為榆林帶來了巨大的風(fēng)力發(fā)展前景，尤其是每年3月至5月的風(fēng)季，風(fēng)級(jí)在7級(jí)以上的大風(fēng)日數(shù)年平均達(dá)到15～33天，非常適合中小型風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行以及發(fā)展ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王云</Author><Year>2010</Year><RecNum>1594</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[12]</style></DisplayText><record><rec-number>1594</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wex5zsfzktrasqet55ypedayxax9r2sd2wzr"timestamp="1589426654">1594</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">王云</style></author><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">戴喜紅</style><styleface="normal"font="default"size="100%">%J</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">陜西氣象</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">榆林市長(zhǎng)城沿線風(fēng)能資源分析</style></title></titles><pages>38-40</pages><volume>000</volume><number>2</number><dates><year>2010</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13]。榆陽(yáng)區(qū)的大風(fēng)帶主要受北方的西伯利亞高壓圈影響，經(jīng)過中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)所獲得的榆陽(yáng)區(qū)2018年各月的平均風(fēng)速數(shù)據(jù)，該區(qū)域的年平均風(fēng)功率密度維持在75～175W/㎡之間，平均年有效風(fēng)速時(shí)數(shù)一般在4800～6500h（見表2.2）。在綜合考慮當(dāng)?shù)仫L(fēng)力資源之后，為了確保能為雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)穩(wěn)定功能，本設(shè)計(jì)將選取一種啟動(dòng)風(fēng)速和額定風(fēng)速更低的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，并利用以上數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的發(fā)電量計(jì)算。由各月風(fēng)速平均值可以看出榆林地區(qū)風(fēng)能資源有很大的實(shí)際利用價(jià)值前景。表2.22018年榆林市榆陽(yáng)區(qū)各月平均風(fēng)速表[14]月份平均風(fēng)速m/s月份平均風(fēng)速m/s14.2173.8624.4784.2137.1094.3745.24103.22512.63115.4265.13128.50

3風(fēng)光互補(bǔ)雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及基本參數(shù)3.1設(shè)計(jì)方案基本的風(fēng)光互補(bǔ)高速路雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)是由：作為用電負(fù)載的雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)和太陽(yáng)能電池組合風(fēng)力機(jī)組等發(fā)電調(diào)控組件組成風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)共同組成的離網(wǎng)發(fā)電用電系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中，將對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行選擇，在滿足日常使用需求的情況下達(dá)到優(yōu)質(zhì)、環(huán)保的使用標(biāo)準(zhǔn)，除此之外還將對(duì)風(fēng)機(jī)安裝高度進(jìn)行計(jì)算，從而利用高速路上重型貨車經(jīng)過的余風(fēng)發(fā)電作為日常發(fā)電補(bǔ)償。在本設(shè)計(jì)中將按照：負(fù)載性能和功耗比較選擇→用電負(fù)載匯總→用電負(fù)載選擇→日耗電需求核算→氣象數(shù)據(jù)折算→風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)→發(fā)電量核算→風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)→風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)備選型→系統(tǒng)安裝維護(hù)事項(xiàng)的流程進(jìn)行詳細(xì)的闡述。3.2設(shè)計(jì)要求由于本次設(shè)計(jì)選取地點(diǎn)為G65包茂高速，陜蒙界收費(fèi)站至榆林西收費(fèi)站區(qū)間，該段高速路全程穿過毛烏素沙漠，晝夜溫差較大，冬春兩季多大風(fēng)沙和低溫天氣。對(duì)于所選取的設(shè)備需要有良好的抗低溫性能和抗風(fēng)防沙性能。要求參數(shù)如下：工作溫度：-30℃—70℃?？癸L(fēng)強(qiáng)度：14m/s—20m/s?？癸L(fēng)沙霜凍能力：具備自加熱裝置及良好防沙、散熱能力。沙漠地帶風(fēng)沙鹽堿性較強(qiáng)，因此設(shè)備須有較好的抗鹽蝕堿蝕能力。3.3雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)構(gòu)成及設(shè)備選擇本設(shè)計(jì)選取G65高速構(gòu)建的雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)由以下設(shè)備組成：表3.1雙向雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)設(shè)備需求表設(shè)備數(shù)量/臺(tái)設(shè)備數(shù)量/臺(tái)高清攝像機(jī)6抓拍系統(tǒng)主機(jī)1測(cè)速雷達(dá)6攝像機(jī)護(hù)罩6監(jiān)控球形攝像機(jī)2機(jī)箱1補(bǔ)光頻閃燈6光端機(jī)1在設(shè)備分配上如下：每條車道都配置攝像機(jī)、閃頻補(bǔ)光燈燈和測(cè)速雷達(dá)各一臺(tái)，三臺(tái)設(shè)備構(gòu)成一套測(cè)速抓拍系統(tǒng)，對(duì)過往車輛識(shí)別、測(cè)速、傳輸數(shù)據(jù)。道路單方向走向的最右側(cè)還掛置一臺(tái)球形攝像機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控路面。整座系統(tǒng)以一臺(tái)高速抓拍主機(jī)協(xié)調(diào)雙方向六條測(cè)速車道上各自測(cè)速抓拍系統(tǒng)中三臺(tái)設(shè)備的工作順序，保證系統(tǒng)工作的準(zhǔn)確性，不錯(cuò)拍一個(gè)也不漏掉任何一個(gè)僥幸之人。在成功抓拍超速車輛后，主機(jī)經(jīng)光端機(jī)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)通知交警人員在出口對(duì)違章車輛進(jìn)行罰款和登記。其是榆林地區(qū)在2016年對(duì)轄區(qū)內(nèi)高速路提速之后。警示高速路上的車輛遵守規(guī)定正常行駛，使高速路不會(huì)成為肆意妄為的飆車之地。雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)系統(tǒng)中，除去用來執(zhí)法的測(cè)速組合外，與之配套使用的還有一就個(gè)是監(jiān)控?cái)z像頭。這樣的攝像頭幾乎每隔一兩公里就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單通常只是一個(gè)一體式的球形攝像機(jī)，幾乎遍布所有的道路，主要是用來進(jìn)行對(duì)高速路的監(jiān)控工作。監(jiān)控?cái)z像頭也是本設(shè)計(jì)后續(xù)功率匹配選擇的對(duì)象。3.3.1測(cè)速雷達(dá)交警日常使用的測(cè)速雷達(dá)有流動(dòng)道測(cè)速抓拍雷達(dá)測(cè)速儀、車載雷達(dá)測(cè)速儀、便攜式雷達(dá)以及平面雷達(dá)。其中，流動(dòng)道測(cè)速抓拍雷達(dá)測(cè)速儀本質(zhì)上是依靠視頻分析進(jìn)行判斷，在高速路是車輛行駛速度快、流量大該種雷達(dá)易出現(xiàn)誤判及漏判。而便攜式和車載式雷達(dá)，雖然能夠精準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)速但是前者無法聯(lián)立攝影機(jī)抓拍后者存在著檢測(cè)區(qū)域廣的特點(diǎn)，故不做選擇。所以在本設(shè)計(jì)中選擇當(dāng)下更為先進(jìn)、誤判率更低的平面窄波矩陣?yán)走_(dá)。該種測(cè)速雷達(dá)相比之前的雷達(dá)最大的特點(diǎn)是檢測(cè)準(zhǔn)確度和檢測(cè)單元數(shù)量的區(qū)別，矩陣?yán)走_(dá)采用多個(gè)小型雷達(dá)探頭在雷達(dá)面上構(gòu)成一個(gè)雷達(dá)陣列，在陣列中每個(gè)探頭都可以對(duì)各自探測(cè)區(qū)域利用多普勒原理工作，借由雷達(dá)反射頻率的改變數(shù)值，將各組數(shù)據(jù)匯流至主機(jī)能在瞬間對(duì)進(jìn)入檢測(cè)區(qū)的車輛能進(jìn)行上千次的測(cè)算，大大降低了失誤率，并能對(duì)誤差小于1km的車輛進(jìn)行篩除。除了準(zhǔn)確率的優(yōu)點(diǎn)之外，這種雷達(dá)體積小、重量輕、脫落隱患低，非常適合在龍門架吊裝。3.3.2抓拍攝像機(jī)和監(jiān)控?cái)z像機(jī)抓拍攝像機(jī)作為雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)中違法現(xiàn)象記錄的重要設(shè)備，與日常生活中使用的監(jiān)控?cái)z像頭有著較大的參數(shù)區(qū)別。相比日常商鋪使用的小型攝像頭，雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)使用的抓拍攝像機(jī)相比有如下特點(diǎn)：像素一般在工業(yè)級(jí)300萬像素及以上，道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)也在工業(yè)級(jí)200萬像素并支持全天候氣象環(huán)境清晰抓拍。在這種配置下配合補(bǔ)光燈可以清晰的拍攝到車輛車牌以及駕駛室內(nèi)人員的面孔以及行為，為日后判定駕駛員責(zé)任時(shí)能提過重要證據(jù)。這兩種攝像機(jī)都配備有特種濾光鏡,可清晰拍攝涂抹反光涂料的車牌，并具備一定的儲(chǔ)存功能。抓拍攝像機(jī)具備與雷達(dá)、補(bǔ)光燈、主機(jī)聯(lián)立工作的能力，如此才能記錄每一條違規(guī)記錄。由于極高的像素和特種鏡頭這使得攝影機(jī)尤為嬌貴，在野外尤其是穿越沙漠這種惡劣環(huán)境為了保證正常工作必須為之匹配相應(yīng)的護(hù)罩進(jìn)行保護(hù)。攝像機(jī)匹配的護(hù)罩除了最基本的對(duì)鏡頭、風(fēng)沙、雨水防護(hù)性能外，還具備加熱和降溫能力。為之匹配該項(xiàng)功能是因?yàn)殡娮赢a(chǎn)品工作的通性——發(fā)熱，導(dǎo)致用電器壽命、效果下降的最大因素。而雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)24小時(shí)不間歇工作的如果沒有降溫措施，那么這種來自設(shè)備自身的熱量造成的損傷可想而知。所以，本設(shè)計(jì)也為搭載主機(jī)和逆變器、控制器等其他設(shè)備的機(jī)箱也增加了相同的加熱和降溫功能，保證設(shè)備在冬季不受低溫、其他季節(jié)不受自身發(fā)熱問題正常工作，將溫度對(duì)于設(shè)備的損害降至最低。3.3.3高速抓拍系統(tǒng)主機(jī)抓拍系統(tǒng)主機(jī)是整套測(cè)速系統(tǒng)中的核心指揮設(shè)備裝載有各類控制、識(shí)別的軟件，控制雷達(dá)、攝影機(jī)等設(shè)備有條不紊地協(xié)調(diào)運(yùn)作完成高準(zhǔn)確抓拍并將信息加密后快速傳輸至主控中心。本設(shè)計(jì)選用的抓拍系統(tǒng)主機(jī)主要具備以下功能：接受雷達(dá)測(cè)速儀提供的數(shù)字信號(hào)，對(duì)車輛速度運(yùn)算和判別。車輛抓拍定位，控制抓拍攝像機(jī)進(jìn)行抓拍。對(duì)抓拍照片運(yùn)行車輛號(hào)牌識(shí)別軟件進(jìn)行識(shí)別。圖片和識(shí)別信息壓縮、儲(chǔ)存、加密，向指揮中心傳輸數(shù)據(jù)?！翱撮T狗”功能以及控制補(bǔ)光燈不同天氣的開關(guān)。3.3.4雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)設(shè)備確認(rèn)根據(jù)上述對(duì)各項(xiàng)設(shè)備功能要求和工作環(huán)境要求，本設(shè)計(jì)選擇了適宜的雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)設(shè)備，包括：6臺(tái)窄波測(cè)速雷達(dá)、6臺(tái)卡口抓拍攝像頭、2臺(tái)道路監(jiān)控?cái)z像頭、6臺(tái)補(bǔ)光燈、1臺(tái)抓拍主機(jī)、6個(gè)護(hù)罩、1臺(tái)光端機(jī)及1臺(tái)機(jī)箱，各設(shè)備型號(hào)、工作電壓及功率詳見表3.1。表3.2雙向雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)耗電表設(shè)備數(shù)量/臺(tái)型號(hào)工作電壓/伏功率/瓦窄波測(cè)速雷達(dá)6來淶科技HT3000DC122.5卡口抓拍攝像頭6海康威視300萬CCDDC1210道路監(jiān)控?cái)z像頭2?？低?00萬球形DC1220補(bǔ)光燈6福倫光電16HK-35WAC22036抓拍主機(jī)1WQF-1067LAC22045護(hù)罩6YA4718AC22040光端機(jī)1FCJG-F8DC125機(jī)箱1海康威視定制AC22060合計(jì)296813.4風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)一座基本的離網(wǎng)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行需要：發(fā)電組件、蓄電池、控制組件、逆變器以及用電負(fù)載，這五部分組成一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡用電發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電部分：由以光伏效應(yīng)發(fā)電的太陽(yáng)能電池組以及利用有效風(fēng)產(chǎn)生交流電的風(fēng)力機(jī)兩種發(fā)電組件構(gòu)成，但是受天氣影響這兩種發(fā)電組件產(chǎn)生的電流電壓都不太穩(wěn)定，所以要通過整流器進(jìn)行整流、穩(wěn)壓之后才能給給負(fù)載供電。蓄電池：是維持著整個(gè)系統(tǒng)發(fā)電用電動(dòng)態(tài)平衡的關(guān)鍵設(shè)備，是電能的中轉(zhuǎn)點(diǎn)，一般情況下蓄電池既向負(fù)載供電同時(shí)也接受著發(fā)電組件產(chǎn)生的電能。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)電供大于求，蓄電池將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來。當(dāng)因?yàn)闅夂蛟虬l(fā)電組供應(yīng)不足時(shí)，由蓄電池將儲(chǔ)存的能量釋放填補(bǔ)用電缺口，以保證穩(wěn)定的電力供應(yīng)。控制部分：由控制器依據(jù)設(shè)定數(shù)據(jù)控制發(fā)電組件的運(yùn)行，以及對(duì)蓄電池組的充放電控制且對(duì)蓄電池壽命和系統(tǒng)日常運(yùn)行具有保護(hù)的作用[15]。3.4.1太陽(yáng)能電池經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，目前市面上的太陽(yáng)能電池組件擁有多種類型，按照電池片的材料類型分為晶體硅電池組件（單、多晶硅）、非晶硅薄膜電池組件及砷化鎵電池組件等。而我國(guó)在近十年發(fā)展技術(shù)攻關(guān)后，晶體硅價(jià)格大幅降低，所以結(jié)合各種類電池特點(diǎn)本設(shè)計(jì)中最終選擇單晶硅太陽(yáng)能電池。硅太陽(yáng)能電池的發(fā)電基本原理是基于半導(dǎo)體材料特有的光生伏特效應(yīng)。所謂光生伏特效應(yīng)是指太陽(yáng)能電池中的P型與N型兩種半導(dǎo)體物體在吸收光能后其內(nèi)部能傳導(dǎo)電流的載流子分布狀態(tài)和濃度發(fā)生變化，其中P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，此時(shí)將太陽(yáng)能電池的兩端接上負(fù)載，這些被分離的電荷形成一個(gè)回路，這就是光生伏特效應(yīng)太陽(yáng)電池發(fā)電的原理[16]。3.4.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理是：當(dāng)自然界中達(dá)到風(fēng)機(jī)啟動(dòng)風(fēng)速?gòu)?qiáng)度或以上的有效風(fēng)推動(dòng)風(fēng)輪葉片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸和增速器增速，傳導(dǎo)至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸通過線圈轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁場(chǎng)線產(chǎn)生電能。最后，通過發(fā)電機(jī)導(dǎo)線接出把風(fēng)力轉(zhuǎn)換的電能穩(wěn)流穩(wěn)壓后就可以供負(fù)載正常使用。依據(jù)風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)及其在風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)主軸位置不同，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以分為水平軸式和垂直軸風(fēng)力機(jī)兩種類型。由于近年來水平軸風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)引起的生態(tài)問題以及風(fēng)葉投影在高速路上對(duì)司機(jī)視覺造成影響埋下安全隱患，在發(fā)電效率和風(fēng)利用率上也遠(yuǎn)低于近年興起的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。所以，為了最大程度利用榆林北部高速路上的風(fēng)力資源，并降低發(fā)電系統(tǒng)成本，本設(shè)計(jì)將在目前主流的兩種垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)間選擇。表3.2兩種類型的垂直軸風(fēng)力機(jī)特點(diǎn)升力型（達(dá)里厄風(fēng)機(jī)）阻力型空氣流過風(fēng)輪時(shí)葉片產(chǎn)生升力空氣流過風(fēng)輪時(shí)葉片產(chǎn)生阻力做功來源于翼型葉片產(chǎn)生的升力做功來源于葉片的風(fēng)阻啟動(dòng)風(fēng)速更小啟動(dòng)風(fēng)速小啟動(dòng)后轉(zhuǎn)動(dòng)阻力逐步減小，升力愈增加啟動(dòng)后風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)阻力無明顯變化葉片有多種類型且輕巧用才少重量輕S型葉片，最佳為3葉片工作效率更高工作效率比升力型低10%-30%風(fēng)輪高度低風(fēng)輪高度較高兩種類型的垂直軸風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)詳見表3.2，對(duì)比之后，本設(shè)計(jì)選發(fā)電效率更高、風(fēng)輪高度更低的升力型垂直軸風(fēng)機(jī)。選用時(shí)除考慮兩種發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪外，還需考慮發(fā)電機(jī)類型，在現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中常用的發(fā)電機(jī)分為異步型和同步型(包括永磁同步發(fā)電機(jī)和電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī))兩種。隨著近年來永磁材料技術(shù)的快速發(fā)展，使得材料磁能積的大大提高。由于這種材料的諸多優(yōu)點(diǎn)，目前的小型垂直軸風(fēng)力機(jī)主要使用直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)，幾乎不再使用異步型發(fā)電機(jī)。經(jīng)過比對(duì)發(fā)現(xiàn)永磁同步發(fā)電機(jī)擁有異步型電機(jī)幾大無法媲美的優(yōu)勢(shì)：發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，無需從電網(wǎng)吸收無功功率來建立磁場(chǎng)，這可以很好改善電網(wǎng)的功率因數(shù)；采用了風(fēng)力機(jī)葉輪對(duì)發(fā)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式，消除了中間傳導(dǎo)的機(jī)械能損耗，大大提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率和環(huán)境可靠性，非常適合本本設(shè)計(jì)所選取的地點(diǎn)沙漠。齒輪箱的取消降低了整套設(shè)備的維護(hù)頻率，提高了使用壽命，消除了噪聲污染更符合生態(tài)環(huán)境以及半永久發(fā)電設(shè)計(jì)。上述優(yōu)點(diǎn)使得直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)近年來迅速崛起成為眾多變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的新起之秀。而且該種發(fā)電機(jī)正具有啟動(dòng)風(fēng)速小，發(fā)電效能高等特點(diǎn)，符合本設(shè)計(jì)的奮力風(fēng)力發(fā)電機(jī)選擇需求，這些特點(diǎn)在我國(guó)的次風(fēng)能利用區(qū)和可利用區(qū)將為這種風(fēng)機(jī)迎來龐大的發(fā)展前景[17]。3.4.3蓄電池受自然氣候的不穩(wěn)定特點(diǎn)，光伏及風(fēng)力發(fā)電具有相當(dāng)大的不穩(wěn)定性因此小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池分為必不可少的輔助設(shè)備。蓄電池在系統(tǒng)中起到維持系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡運(yùn)作和能量調(diào)節(jié)以及儲(chǔ)能的三大重要作用，而蓄電池的投資一般占發(fā)電系統(tǒng)總投資的占比達(dá)到20%-25%左右，所以蓄電池選擇是否合理，將對(duì)小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)造成巨大影響。現(xiàn)今光伏發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和堿性蓄電池，但是由于堿性蓄電池價(jià)格高，內(nèi)阻大的缺點(diǎn)以及傳統(tǒng)開口式鉛酸蓄電池諸多安全性問題因此不作考慮。本設(shè)計(jì)選用的蓄電池為較為安全和自維護(hù)能力較好的固定式閥控密封蓄電池，該種蓄電池相比傳統(tǒng)鉛酸蓄電池，采用密封結(jié)構(gòu)裝備了能自動(dòng)開啟和關(guān)閉并帶有防酸能力的單向排氣閥以及新型的氧氣循環(huán)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了“免維護(hù)”的工作狀態(tài)[18]。雖然在使用過程中需要嚴(yán)格控制充電制度：使充電電壓一般維持在2.30—2.40V/單體（格）保持良好通風(fēng)，擱置時(shí)間短。但是擁有不用加水、不溢酸、酸霧極少無需專門通風(fēng)裝置，以及運(yùn)輸方便、模塊化組裝和價(jià)格低廉使用使命較長(zhǎng)相比其他種類電池更適合在處于沙漠地區(qū)的高速路使用，因此本設(shè)計(jì)最終選擇了固定閥式蓄電池。

4風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及匹配計(jì)算本設(shè)計(jì)中風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)由第二章獲取地理及氣候信息。包括地理經(jīng)緯度、年均太陽(yáng)總輻射量、平均氣溫以及有效風(fēng)時(shí)數(shù)和各月平均風(fēng)速信息。根據(jù)雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)中各負(fù)載的日電力最大需求量，對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中太陽(yáng)能電池組件以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率、發(fā)電量等進(jìn)行一系列核算。由于用電負(fù)載中出現(xiàn)交流負(fù)載，加之本系統(tǒng)需較遠(yuǎn)距離輸電，系統(tǒng)電壓選取為48V。4.1太陽(yáng)能方陣功率計(jì)算4.1.1太陽(yáng)能方陣傾角選擇本設(shè)計(jì)所選取城市榆林市地理座標(biāo)：北緯36°57′～39°35′，東經(jīng)107°28′～111°15′。處于中緯度地區(qū)中20°～40°區(qū)間之內(nèi)，按照一般的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)傾斜角選擇規(guī)律，傾斜角等于緯度加上5°～10°。參考近似緯度城市太原37°78′N，本設(shè)計(jì)所采用的的太陽(yáng)能方陣傾斜角β為42°，斜面修正系數(shù)KOP為1.1005。榆林市作為北回歸線以北的城市，太陽(yáng)方位角永遠(yuǎn)位于南方，因此在正南方位角20°偏差內(nèi)架設(shè)支架均可行，最終本設(shè)計(jì)選擇的方位角為正南方向0°。由于選取的高速路橫貫沙漠環(huán)境惡劣，太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)支架易受沙塵影響損壞，為保證系統(tǒng)安全以及可靠性本文采用永久固定式支架。4.1.2太陽(yáng)能峰值功率計(jì)算本設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能方陣峰值功率是將第二章所收集的榆林市年輻射量表格中氣象站的太陽(yáng)輻射量折換成安裝平均峰值日照時(shí)數(shù)Tm，再結(jié)合雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)設(shè)備用電量一并代入峰值功率計(jì)算公式中，即可求得太陽(yáng)能方陣峰值功率。1.雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)耗電量選取與計(jì)算道路雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)的供電需求為24h不間斷斷電，在系統(tǒng)中只有窄波測(cè)速雷達(dá)、卡口抓拍攝像頭、抓拍主機(jī)等測(cè)速設(shè)備以及道路監(jiān)控球形攝像頭需不間斷工作。而補(bǔ)光燈作為夜間陰雨天照明設(shè)備開啟時(shí)長(zhǎng)隨季節(jié)調(diào)整，在根據(jù)榆林市當(dāng)?shù)貧夂蚬罍y(cè)后本設(shè)計(jì)日常的常亮補(bǔ)光工作時(shí)間為：夏季10h、冬季13h、春秋兩季取10h；護(hù)罩和機(jī)箱也跟隨季節(jié)設(shè)置，加熱在11月至來年3月開啟，4月至同年10月保留風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)加熱關(guān)閉。雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)供電需求核算中，各設(shè)備按冬季正常運(yùn)行所需求的功率以及時(shí)間進(jìn)行計(jì)算（見表4.1）。經(jīng)核算單座雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)總功率為681W，冬季單日電力消耗為13968W·h。表4.1雙向雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)耗電表設(shè)備數(shù)量/臺(tái)功率/瓦日工作時(shí)間/小時(shí)電力消耗/W·h窄波測(cè)速雷達(dá)62.524360卡口抓拍攝像頭610241440道路監(jiān)控?cái)z像頭22024960補(bǔ)光燈636132808抓拍主機(jī)145241080護(hù)罩640245760光端機(jī)1524120機(jī)箱160241440合計(jì)29681139682.太陽(yáng)輻射量折算及太陽(yáng)能電池組件的功率計(jì)算在第二章的榆林市太陽(yáng)輻射表格中所獲得的是水平面上的太陽(yáng)輻射總量，不能直接用來計(jì)算，需進(jìn)行以下轉(zhuǎn)換獲得到傾斜角42°斜面上所接受的總太陽(yáng)輻射。其中水平面上總太陽(yáng)輻射SH=水平面直接太陽(yáng)輻射SDH+水平面散射輻射SdH（式4.1）式中：—太陽(yáng)常數(shù)—太陽(yáng)高度角—當(dāng)?shù)卮髿馔该飨禂?shù)—大氣質(zhì)量根據(jù)上述公式結(jié)合第二章輻射數(shù)據(jù)，即可計(jì)算得每個(gè)月水平面的直接輻射量和水平面上的散射輻射量。有了這兩項(xiàng)數(shù)值之后，就可以對(duì)每個(gè)月太陽(yáng)能電池組件所安裝傾斜面上所接受的太陽(yáng)輻射量計(jì)算。計(jì)算方式如下：式中：—傾斜面上所接收的總太陽(yáng)輻射量—傾斜面上所獲得的太陽(yáng)直射輻射量—傾斜面上所獲得的太陽(yáng)散射輻射量—斜面上所獲得的來自地面的反射輻射量其中，各項(xiàng)輻射量計(jì)算方法如下：（式4.2）式中：為自然表面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率，常用系數(shù)見表4.2。表4.2常用系數(shù)自然表面反射率雪0.4-0.85黑色路面0.14濕草地0.14-0.26沙漠0.28干草地0.15-0.25冰面0.69灰色地面0.25-0.30由以上公式經(jīng)過一系列計(jì)算后，得到在設(shè)計(jì)傾斜面上各個(gè)月的太陽(yáng)輻射總量。在12個(gè)斜面數(shù)據(jù)中選取光輻射量最小的數(shù)據(jù)進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)峰值功率計(jì)算，篩選后獲得光輻射量最小月份12月，該月斜面上所接收的太陽(yáng)輻射總量大小為342.65MJ/m2。將最小光照月份的太陽(yáng)輻射量折換成平均峰值日照時(shí)數(shù)Tm，結(jié)合雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)設(shè)備此月日用電量一并代入峰值功率計(jì)算公式中，即可求得太陽(yáng)能方陣峰值功率。本設(shè)計(jì)中，最小月份月太陽(yáng)輻射總量342.65MJ/m2，則：Tm=月初太陽(yáng)光輻射量3.6×31式中3.6為單位換算系數(shù)，1kW·h=1000（J/s）×3600s=3.6MJ。由于設(shè)計(jì)所選地區(qū)同時(shí)具備風(fēng)能和太陽(yáng)能資源，根據(jù)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則本設(shè)計(jì)太陽(yáng)能配置取占比最大值30%，利用負(fù)載需求量的0.3倍數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。所以根據(jù)所得最小平均峰值日照時(shí)數(shù)結(jié)合所有設(shè)備用電日最大用電量的30%結(jié)合公式經(jīng)計(jì)算即可得到太陽(yáng)能方陣的峰值功率Pm。（式4.4）式中，QL—負(fù)載總耗電量W·hF—蓄電池放電容量修訂系數(shù)1.2K—交流回路損耗率0.8公式簡(jiǎn)化后代入數(shù)據(jù)計(jì)算獲得本設(shè)計(jì)太陽(yáng)能方陣峰值功率具體功率經(jīng)光伏組件規(guī)格參考后，本設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電池組容量選擇為2000W，在組建上兩塊電池串聯(lián)為一串，10串并聯(lián)構(gòu)成太陽(yáng)能電池組[19]。4.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率確定及發(fā)電量計(jì)算在本設(shè)計(jì)中，風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)來自于兩個(gè)方面，一個(gè)方面是第二章的榆林地區(qū)月平均風(fēng)速風(fēng)時(shí)數(shù)據(jù)，另一方面來自于高速路上過往重型卡車行駛所帶起的余風(fēng)的風(fēng)速風(fēng)時(shí)估算。兩種風(fēng)合并作為本設(shè)計(jì)的風(fēng)力來源。風(fēng)力機(jī)組功率確定根據(jù)賽導(dǎo)電氣的風(fēng)光互補(bǔ)比例參考，在太陽(yáng)能資源豐富、風(fēng)力資源較部分赴地區(qū)，風(fēng)力機(jī)組功率與用電負(fù)載設(shè)備的比例約為4:1。已知本設(shè)計(jì)的雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)最大功率為681W，經(jīng)計(jì)算得風(fēng)力機(jī)組功率為2724W。考慮小型垂直發(fā)電機(jī)構(gòu)成風(fēng)力機(jī)組以及風(fēng)力機(jī)規(guī)格和安置問題，實(shí)際選用3000W風(fēng)力機(jī)組，由十臺(tái)300W風(fēng)力機(jī)組共同構(gòu)成。高速路余風(fēng)估算在榆林市的東北部轄區(qū)所屬神木市和府谷縣擁有大量的煤炭、石油、液化氣等化石能源。在供給本市日常的發(fā)電以及石油化工業(yè)外，也向周邊城市貿(mào)易，榆林市北方的鄂爾多斯市就是其一。從2018年起，榆林市禁止運(yùn)煤貨車，燃油罐車等運(yùn)輸石油化工類的重型車輛在榆林市境內(nèi)在國(guó)道、省道這些公路行駛。路程最近的一條省道被切斷后，重型貨車需由滄榆高速經(jīng)榆林市榆陽(yáng)區(qū)北部的小紀(jì)汗立交橋轉(zhuǎn)進(jìn)G65高速路向鄂爾多斯運(yùn)送石油化工類產(chǎn)品。現(xiàn)估計(jì)余風(fēng)量來源，為鄂爾多斯市一座中小型火力發(fā)電廠運(yùn)送優(yōu)質(zhì)煤的重型卡車車隊(duì)。火電廠的用煤來自于周邊鐵路周期性提供的燃煤以及公路運(yùn)輸每天補(bǔ)充的燃煤，以往，一座中小型火電廠的燃煤輸送時(shí)間需要在夜間23時(shí)至1時(shí)連續(xù)1小時(shí)以上的車隊(duì)進(jìn)行運(yùn)輸。自2019年1月起，榆林市高速路采用新的限重標(biāo)準(zhǔn)后，單輛13.5米半掛貨車最大重量調(diào)低至50噸，這意味著午夜運(yùn)輸車隊(duì)的持續(xù)時(shí)間增加。根據(jù)火電廠車隊(duì)行駛時(shí)間特點(diǎn)，假設(shè)在G65高速上，每晚0點(diǎn)至2點(diǎn)有一支運(yùn)輸隊(duì)經(jīng)過。根據(jù)重型卡車尺寸、重量、行駛速度估算結(jié)合重型卡車行駛經(jīng)過現(xiàn)象，預(yù)估計(jì)，在高速路最右側(cè)車道上方5米處，風(fēng)速約為7m/s。每輛貨車經(jīng)過帶起的風(fēng)持續(xù)6至15秒左右，則預(yù)估車隊(duì)將為風(fēng)力機(jī)組每晚帶來2h風(fēng)速為7m/s的發(fā)電時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償發(fā)電。4.2.1風(fēng)力機(jī)組發(fā)電量計(jì)算[20]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組銘牌所標(biāo)示的的功率只是風(fēng)機(jī)在額定風(fēng)速時(shí)的額定值，在不同環(huán)境風(fēng)速下，需要進(jìn)行折算。風(fēng)力機(jī)組的實(shí)際輸出功率計(jì)算公式為：（式4.5）式中，—風(fēng)力機(jī)組在風(fēng)速為時(shí)的輸出功率W；—實(shí)際風(fēng)速m/s；—額定風(fēng)速m/s—風(fēng)力機(jī)組在額定風(fēng)速時(shí)的額定功率；對(duì)于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，日發(fā)電量的計(jì)算公式為：（式4.6）—當(dāng)月的發(fā)電量，Wh—風(fēng)力發(fā)電機(jī)在不同風(fēng)速段的發(fā)電量，Wh—當(dāng)時(shí)的風(fēng)速，m/s—風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)的風(fēng)速，m/s—風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定風(fēng)速，m/s—風(fēng)力發(fā)電機(jī)停機(jī)風(fēng)速，m/s—風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率，kW—該月中與相對(duì)應(yīng)的小時(shí)數(shù)按照環(huán)境需求以及選取地風(fēng)力資源情況，本文選用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)為NE-R300升力型垂直軸發(fā)電機(jī)。這種垂直軸風(fēng)機(jī)風(fēng)輪材料是尼龍纖維質(zhì)輕抗蝕好并且風(fēng)輪高度僅40cm適合吊裝更加接近貨車產(chǎn)生的風(fēng)流高度。風(fēng)機(jī)各項(xiàng)性能參數(shù)見下表：表4.3NE-R300風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)表性能參數(shù)2m/s10m/s45m/s300W310W結(jié)合第二章中各月平均風(fēng)速數(shù)據(jù)，有效風(fēng)時(shí)取中間值5600h以及高速路每日補(bǔ)償風(fēng)速和時(shí)間。使用上述兩套風(fēng)力發(fā)電計(jì)算公式算得各月風(fēng)力機(jī)組發(fā)電量如下：表4.4風(fēng)力機(jī)各月發(fā)電量月份發(fā)電量Wh月份發(fā)電量Wh1月170267.307月145859.612月172729.758月170267.303月574483.079月176974.364月260409.6510月111435.155月1538208.9611月281594.596月248158.8312月940061.844.3蓄電池容量確定受自然氣候的不穩(wěn)定影響，以及系統(tǒng)工作特點(diǎn)必須使用蓄電池保證風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)工作穩(wěn)定性，在日照條件不足以及陰雨天和夜間作為后備能源向用電負(fù)載提供穩(wěn)定的電能。在本設(shè)計(jì)中蓄電池容量計(jì)算如下：（式4.7）式中：Cw—蓄電池的容量，W·hd—選取地最長(zhǎng)陰雨天數(shù)F—蓄電池放電容量的修正系數(shù)，取1.2QL—所有用電設(shè)備的總用電量，W·hD—蓄電池放電深度，取0.5K—包括逆變器在內(nèi)的交流回路的損耗率，取0.8。經(jīng)過系數(shù)化簡(jiǎn)，上式的簡(jiǎn)化變式如下：（式4.8）本設(shè)計(jì)所選取地榆林市最長(zhǎng)陰雨天數(shù)d為7天，代入公式求得所需蓄電池容量為：本系統(tǒng)系統(tǒng)電壓為48V。以Cw除以確定的系統(tǒng)電壓（U）得到用A·h為單位表示的蓄電池容量C。則本設(shè)計(jì)所需蓄電池容量為根據(jù)固定式閥控密封蓄電池規(guī)格參數(shù)，本設(shè)計(jì)選用的蓄電池容量修正為6400A·h。最終，本設(shè)計(jì)選用2V800A·h規(guī)格蓄電池，結(jié)合系統(tǒng)電壓將12塊電池串聯(lián)為一串，8串并聯(lián)，構(gòu)成4個(gè)24V蓄電池組，再將兩個(gè)24V蓄電池組并聯(lián)，構(gòu)成兩個(gè)48V電池組[21]。4.4太陽(yáng)能方陣發(fā)電量計(jì)算對(duì)于太陽(yáng)能電池組件來說，影響其發(fā)電的因素有很多，例如電池片的晶體結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境溫度、表面清潔程度以及用電負(fù)載的阻抗系數(shù)等一系列因素。為方便計(jì)算，采用下式進(jìn)行本設(shè)計(jì)中太陽(yáng)能電池組件的發(fā)電量估算：（式4.9）式中：—太陽(yáng)能電池組件的月發(fā)電量，W·h—所采用太陽(yáng)能組件峰值功率，W·h—安裝地所在的月峰值日照時(shí)數(shù)—太陽(yáng)能電池組件安裝的損失因子，一般取值0.97—溫度損失因子，取值0.95—灰塵遮蔽的損失因子，取值0.93—充放電的損失因子，取值0.80—輸配電時(shí)的損失因子，取值0.95—系數(shù)容量，一般為1.1—1.5.本文取中間值1.3本文所設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電池組件功率為2000W，根據(jù)上式代入各數(shù)據(jù)計(jì)算得到各月發(fā)電量（見表4.5）。表4.5斜面上太陽(yáng)輻射總量計(jì)算得各月的太陽(yáng)能電池組件發(fā)電量月份發(fā)電量W·h月份發(fā)電量W·h183880.857132085.93291620.768124819.803109368.559116548.664123402.2710107827.705139787.661187388.686132303.141276298.414.5逆變器控制器確定通常風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)采用的逆變器功率是用電器中內(nèi)阻性負(fù)載功率的1.2至1.5倍和5至7倍感性負(fù)載功率的加和。在本設(shè)計(jì)中阻性負(fù)載功率經(jīng)計(jì)算為381W，感性負(fù)載功率為300W，為了保有一定余量，阻性負(fù)載及感性負(fù)載系數(shù)均取中間值分別取1.3和6，經(jīng)計(jì)算得，本設(shè)計(jì)所需的逆變器功率為2295W。考慮后期進(jìn)行能量匹配，根據(jù)逆變器規(guī)格最終確認(rèn)逆變器選擇3000W功率?？刂破髦?，控制電流大小計(jì)算如下：α.控制器所控制的太陽(yáng)方陣最大電流（式4.10）式中，Isc—為組件短路電流1.25—為安全系數(shù)—太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)數(shù)β.控制器所承受的最大負(fù)載電流（式4.11）式中，PL—用電設(shè)備總功率—控制器工作電壓—線路損耗系數(shù)取0.8由此式代入數(shù)據(jù)計(jì)算得本設(shè)計(jì)所需控制器的最大負(fù)載電流為：22.17A。綜上述，最終控制器和逆變器選用3000·A的控制-逆變一體機(jī)，波形為正弦波。4.6匹配設(shè)計(jì)根據(jù)雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)在不同季節(jié)的功率，求得各月的電力需求（見表4.6）。表4.6雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)各月耗電需求月份耗電量W·h月份耗電量W·h143300872261762391104822617634129209225360422536010232872523287211399600621888012433008根據(jù)各月風(fēng)力機(jī)組發(fā)電情況和太陽(yáng)能電池組發(fā)電情況減去負(fù)載耗電量，即可得到本設(shè)計(jì)中高速路風(fēng)光互補(bǔ)雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)每個(gè)月用電的虧盈情況（見表4.7）。根據(jù)系統(tǒng)每個(gè)月的電力虧盈情況，就可以進(jìn)行對(duì)道路監(jiān)控?cái)z像頭數(shù)量的匹配。表4.7風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)發(fā)電虧盈情況月份盈虧量W·h月份盈虧量W·h1-157889.64784791.022-103848.298100116.063298273.76997300.184189302.481013347.7851480071.5311-8769.566194657.7512602426.85本設(shè)計(jì)中，蓄電池選用6400A·h，折合307200W·h。結(jié)合上表可知，除1月2月兩個(gè)月之外，該風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)在配合蓄電池的情況下，均保有剩余量。以下，再對(duì)盈電月份，對(duì)本系統(tǒng)的蓄電池進(jìn)行月充放電核算，獲得最終每月可支配電量（見表4.8）。表4.8排除蓄電池后余電量月份余電量W·h月份余電量W·h10784791.02208100116.06327342.14997300.184460234.101026956.9351480071.531121847.176194657.7512317074.02現(xiàn)今我國(guó)道路監(jiān)控越來越完善，高速路上的球形監(jiān)控?cái)z像機(jī)密度也越來越大。從最開始的無監(jiān)控?cái)z像機(jī)，到現(xiàn)今平均2公里1臺(tái)，在不遠(yuǎn)的將來，高速路上的球形攝像機(jī)將分布為1km/臺(tái)。所以本設(shè)計(jì)結(jié)合這一發(fā)展特點(diǎn)采取分配的方式進(jìn)行風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的匹配優(yōu)化，將系統(tǒng)的最低余電量在可允許的傳輸距離內(nèi)分配給沿途的道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)使用。假設(shè)沿途的道路監(jiān)控與本文中選取的道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)為同種型號(hào)，則經(jīng)計(jì)算該風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，在沿途道路攝影機(jī)蓄電池容量擴(kuò)容的情況下，可以額外供應(yīng)系統(tǒng)前后兩公里內(nèi)的5臺(tái)道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)正常工作。但是，4、5、12這三個(gè)大風(fēng)月在不經(jīng)調(diào)控的情況下，發(fā)電量巨大。加之本設(shè)計(jì)選取區(qū)間路段在榆林市榆陽(yáng)區(qū)孟家灣至榆林北高速路服務(wù)區(qū)。本設(shè)計(jì)提出以下匹配方案。測(cè)速區(qū)間距離選定為20Km，由榆林前往鄂爾多斯方向，在榆林北服務(wù)區(qū)南入口以南3Km處設(shè)立區(qū)間測(cè)速的起點(diǎn)（終點(diǎn)），在測(cè)速路段中央10Km處建設(shè)第三套系統(tǒng)。具體匹配方式如下：從最南端起點(diǎn)的系統(tǒng)開始，對(duì)中點(diǎn)系統(tǒng)兩座發(fā)電系統(tǒng)十公里間的監(jiān)控?cái)z像頭，在盈電期間輸電，該段距離內(nèi)道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)設(shè)備配置的風(fēng)力或光伏發(fā)電組件也采取以上風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)余電分配輸出的方式進(jìn)行匹配優(yōu)化，擴(kuò)容沿途各攝像機(jī)蓄電池容量以1公里兩攝像機(jī)為單位不斷向北推進(jìn)。層層傳遞在資源充足期間把發(fā)電設(shè)備關(guān)停調(diào)控時(shí)間降到最低最大程度利用自然資源，同時(shí)還能減少沿途道路攝像機(jī)所需的發(fā)電組件數(shù)量減低財(cái)力支出，最終依托高速公路形成一個(gè)大型離網(wǎng)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。

5設(shè)備選型及建設(shè)維護(hù)要求5.1設(shè)備選型及成本核算經(jīng)過第四章的一系列計(jì)算，本文設(shè)計(jì)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)所需的各個(gè)組件參數(shù)經(jīng)計(jì)算已經(jīng)確定?，F(xiàn)在，各種設(shè)備選型詳見表5.1。表5.1設(shè)備選型及成本核算設(shè)備型號(hào)數(shù)量?jī)r(jià)格太陽(yáng)能光伏板XKD-DJ-100w203600風(fēng)力發(fā)電機(jī)NE-R3001015700蓄電池GFM-8009638400逆變控制器BD3048-6012800輸電電纜若干600PE管若干600窖井11400立桿82400合計(jì)65000經(jīng)過選擇合理的設(shè)備，本文設(shè)計(jì)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備造價(jià)60500元，預(yù)計(jì)最低工程造價(jià)65000元即可建造完成。作為一座長(zhǎng)時(shí)間獨(dú)立運(yùn)作的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)，這種價(jià)格相比遠(yuǎn)距離輸電已經(jīng)合理很多。在現(xiàn)今，太陽(yáng)能電池價(jià)格大幅下降已經(jīng)低于風(fēng)機(jī)造價(jià)的情況下，后續(xù)的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)應(yīng)該加大太陽(yáng)能電池在系統(tǒng)中的占比，以用來減少蓄電池和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的巨大金額支出。5.2建設(shè)維護(hù)要求本文設(shè)計(jì)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的幾點(diǎn)建設(shè)維護(hù)要求如下：1.系統(tǒng)建設(shè)地點(diǎn)位于沙漠地區(qū)，所有外露設(shè)備上需要進(jìn)行防堿處理，金屬品表面刷漆處理。2.沙漠地區(qū)晝夜溫差大，在安裝雷達(dá)、攝像頭等外接懸掛設(shè)備時(shí)，應(yīng)采用螺栓固定、鋼絲繩固定雙重固定，并保有一定余量。雙重固定保證設(shè)備懸掛穩(wěn)定，維護(hù)道路安全。3.樹立立桿之前，檢查各固定件正常，接線頭正負(fù)極區(qū)分的情況下，采取一舉一牽拉的方式豎起。同時(shí)，由于風(fēng)力機(jī)所在桿需在風(fēng)速4m/s以下地點(diǎn)樹立，所以本設(shè)計(jì)擬安排10月份安裝。該月份風(fēng)力發(fā)電不足，正好消耗蓄電池組電量，促使蓄電池快速融合系統(tǒng)。4.