關(guān)于混合能源多功能路燈的研究

劉瑞洋 朱廣鏵 張佳慧 張可欣 朱靈慧

摘要：十四五期間，我國大力倡導碳達豐，碳中和理念，積極呼吁節(jié)能減排，保護環(huán)境。為響應國家號召，本文提出混合能源多功能路燈，打破了以往傳統(tǒng)路燈模式，利用風能和太陽能發(fā)電作為電力支撐，同時頂棚設(shè)計，坐墊設(shè)計，塔扇的運用和充電寶及電源的設(shè)立滿足了人民群眾美好生活的需要。采用一種基于離網(wǎng)的小型垂直軸風力發(fā)電裝置將風能最大化的利用同時太陽能板的運用和風力發(fā)電機在不同天氣下完美的配合，提高供電的穩(wěn)定性。基于存儲的電力支撐充電寶和塔扇的運行以及舒適的坐墊，提高人們的舒適感與滿足感。聚碳酸鈉材質(zhì)的頂棚將保護性與協(xié)調(diào)性發(fā)揮到了最大。綜合來看，混合能源多功能路燈性價比很高！

關(guān)鍵詞：節(jié)能減排、太陽能、風能、路燈

1.概述

隨著化石能源的日漸枯竭及人類對環(huán)境問題的日益重視，儲量大、分布范圍廣、清潔無污染的風能和太陽能成為重要的可持續(xù)能源之一。最近幾年來，我國對于新能源的開發(fā)應用給予了很大的重視，現(xiàn)階段我國實際開發(fā)的新能源主要是將風能以及相應的核能、生物能、太陽能等。就調(diào)查報告顯示，在眾多的新能源中，太陽能資源的數(shù)量是非常巨大的，并且是取之不盡用之不竭的潔凈資源。當前我國對于太陽能的利用程度非常高，一平方米實際獲取的太陽能輻射約為6100MJ。風能資源的利用也有了極大的提升，風能的實際儲量大約為3.33GW，數(shù)量也是非常龐大的。【1】隨著風機的理論研究不斷深入，太陽能相關(guān)技術(shù)，也日趨成熟，風力發(fā)電機和太陽能發(fā)電機作為一種高效的能源轉(zhuǎn)化裝置，已成為人類利用新能源的最有效途徑。

隨著人們生活水平的不斷提高，公園、商業(yè)街等成為日常休閑娛樂的重要場所，路燈在這類場所不可或缺，而傳統(tǒng)路燈具有許多弊端，如能源浪費嚴重、管理手段單一、信息化水平低下、缺乏故障主動報警機制、故障燈位置難以發(fā)現(xiàn)等，投放多功能路燈已經(jīng)成為目前順應時代潮流之舉。另一方面，為了方便人們休息、閑坐，這類公共場所又必須布置大量的座椅。因此，找到一種燈-椅一體化設(shè)計方案，能夠有效節(jié)省城市稀缺的土地資源，具有較好的應用前景，合理的利用太陽能和風能也對城市綠色發(fā)展和優(yōu)美的城市環(huán)境有重要意義。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計中給產(chǎn)品添加了受智能控制功能的塔扇，增強其舒適度。 因此，兼具較好人-機-環(huán)境協(xié)調(diào)性，有效節(jié)省城市稀缺的土地資源，滿足人民美好生活的需要是本文研究的主要目的。

在新能源支撐下，本文設(shè)計的多功能路燈由八部分組成：自上而下分別為基于離網(wǎng)的水平垂直軸的風力發(fā)電機，太陽能板，LED 燈，聚碳酸鈉材質(zhì)的頂棚，廣告宣傳板，內(nèi)置塔扇的 TP1-TPR 座椅，充電樁。綜合來看，混合能源多功能路燈性價比很高，未來有良好的發(fā)展前景！

2.創(chuàng)新點

風力發(fā)電：本文建立了垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)及其優(yōu)化的基本理論體系，有效避免了當今風力發(fā)電系統(tǒng)普遍存在的問題，使得該系統(tǒng)可以更高效、更系統(tǒng)地利用風能進行發(fā)電。主要體現(xiàn)在以下四個方面：

1） 提供了建設(shè)性的理論依據(jù) ：在進行垂直軸風機流場分布特性研究中，綜合考慮透過葉片的氣流、葉片擾動氣流、軸流空氣、旋轉(zhuǎn)尾流與風機固體機構(gòu)綜合作用效果，探索復雜流場下的葉片受力，為高效率垂直軸風機設(shè)計提供新的理論依據(jù)。

2） 進行了全局優(yōu)化 ：從系統(tǒng)整體優(yōu)化角度出發(fā)，應用多學科協(xié)同作用觀點，尋求優(yōu)化最優(yōu)解作為目標，獲得整機系統(tǒng)的全局優(yōu)化效果。

3） 減少了風能在發(fā)電過程的消耗 ：創(chuàng)新性地將 MEMS、可穿戴設(shè)備供電系統(tǒng)及納米發(fā)電機相關(guān)能量收集技術(shù)引用至垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)，探索出了解決可利用風能在傳遞與轉(zhuǎn)化過程中能量耗散問題的新思路，提高了垂直軸風力發(fā)電系統(tǒng)的風能利用率。

4） 建立多因素影響系統(tǒng)的評估模型 ：在系統(tǒng)性能分析流固耦合和機電耦合的一般方法中尋求突破和創(chuàng)新，探索復雜場作用效果中多場耦合流-固-電耦合的多因素影響系統(tǒng)的新分析方法，為工程實踐中日益增長的風電效能評估提供新的理論和技術(shù)。 保障了系統(tǒng)的計算精度。 探索風電系統(tǒng)中流、固、電各場單個分析與多場協(xié)同耦合分析的場間關(guān)聯(lián)過渡矩陣的求解方法，突破對單個物理環(huán)境分析特征結(jié)果的片面性和針對多個物理環(huán)境構(gòu)建的統(tǒng)一模型的運算量大速度慢的問題，保證計算速度的基礎(chǔ)上保證系統(tǒng)特征性能的精度。

太陽能發(fā)電：太陽能與路燈的結(jié)合：LED 是當前應用頻率較高的一種照明設(shè)備類型，具有能耗低的特點，而太陽能光伏發(fā)電對提高環(huán)境保護也有著較大的優(yōu)勢，將光伏發(fā)電與 LED 照明結(jié)合應用，能夠大大節(jié)省電纜材料， 同時便捷性更高，受客觀因素的影響較低。（引自韓小亮《太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及應用》）

太陽能在路燈中的運用包括采用晶體硅太陽能電池供電，與免維護閥控式密封蓄電池（膠體電池）連接來儲存電能，由智能化充放電控制器控制。電池板連接采用專用防盜不銹鋼螺絲。與使用傳統(tǒng)技術(shù)和能源的路燈相比具有以下優(yōu)勢：

1） 無需鋪設(shè)線纜、無需交流供電、不產(chǎn)生電費;

2） 采用直流供電、控制，穩(wěn)定性好、壽命長、發(fā)光效率高;

3） 安裝維護簡便;

4） 安全性能高;

5） 節(jié)能環(huán)保;

6） 使用壽命長，經(jīng)濟實用

可廣泛應用于城市主、次干道、小區(qū)、工廠、旅游景點、停車場等場所 。

（以上文段節(jié)選自 《太陽能 LED 路燈系統(tǒng)的設(shè)計與應用》，作者：彭建軍）

3.盈利模式

隨著共享時代的來臨，共享充電寶行業(yè)銷售是極重要的銷售渠道，因其具有銷售簡單，易操作等特點，充電寶各企業(yè)也紛紛開始布局。目前市場上充電寶品牌眾多，競爭激烈，市場飽和度較高。據(jù)報道，小電、怪獸、街電、來電等共享充電寶以半小時起步計費，價格從 1.5 元至 2.5 元不等。每 24 小時封頂價少則 30 元、多則 50 元， 封頂價格高達 99 元。其他共享充電寶消息顯示，目前共享充電寶兩大品牌街電和搜電宣布正式合并，雙方將組建全新的集團公司。合并完成后，官方披露的數(shù)據(jù)顯示，用戶規(guī)模突破 3.6 億，日訂單峰值將達到 300 萬單，市場份額躍居行業(yè)第一。本文在路燈下進行共享充電寶的設(shè)計，通過與共享充電寶廠商進行相關(guān)合作，在多功能路燈下面進行投放，增強盈利空間。同時通過對頂棚設(shè)計，坐墊設(shè)計，塔扇的運用，使用聚碳酸鈉材質(zhì)的頂棚，加上廣告宣傳板，內(nèi)置塔扇的 TP1-TPR 座椅，分別加強與相關(guān)廠商的合作，進一步拓寬盈利空間。

參考文獻：

薛嘉義.中國新能源資源基礎(chǔ)及發(fā)展前景展望[J].時代汽車，2021，（09）：12-13.

韓小亮. 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及應用[J].太陽能，2014，（18）：48-51.

本文是廣西壯族自治區(qū)2021年大學生創(chuàng)業(yè)訓練計劃立項項目“混合能源多功能路燈”項目成果，項目編號（S202110595325X）