風力發電技術在鐵路客車上的應用*

譚遠林，李 純

（南京鐵道職業技術學院，江蘇 南京210015）

風力發電是對太陽能的一種合理利用與開發，符合新時代人們對于新能源開發的條件，是一種清潔的、易得的、可持續的新型能源。隨著我國風力發電技術的不斷完善，使得風電行業也進入了高速發展的階段，風力發電技術更具規模化和有效化，風力發電過程中不需要燃料也沒有輻射，更不會產生空氣污染，是一種清潔能源，因此將風力發電技術與列車輔助供電系統相結合，對于節約資源環境保護有著十分顯著的意義。

目前鐵路客車的輔助供電系統均由DC600V逆變器實現，若將風力發電應用于鐵道車輛，需要考慮供電容量、風力發電設備尺寸及安裝、電力輸送方案等技術要點。

1 鐵路客車風力發電機設計

1.1 邊界設計

鐵路限界是保障鐵路安全行車的基本保證之一，如圖1所示，而且在全國范圍都有著統一的標準。鐵路限界保證了鐵路車輛能在全國范圍內的安全通行，杜絕了因為機車、車輛外形尺寸設計不當、貨物過限等各種原因造成車輛逼停進而導致經濟損失。

圖1 機車車輛限界

影響風力發電設備運轉效率的因素主要有風速、風能、扇葉尺寸等，當鐵路客車時速可達120km及以上時，其所能產生的風能是極為豐富的。但由于機車車輛限界的存在，風力發電裝置中風機扇葉的大小半徑也有著一定的范圍，若扇葉過小則會導致產生的電能不足。

而在機車限界與建筑限界之間存在著保護區間的關系，就使得風機扇葉尺寸半徑必須保持在350mm以內。

1.2 主要技術指標

風力發電裝置是利用風能來帶動風力發電機工作而產生電能，風能主要與風速、風所流經的面積、空氣密度三個因素有關，其關系如下：

或者也可以簡單的寫成：

式中：ρ為空氣密度，kg/m3；V為風速，m/s；t為時間，s；s為截面面積，m2。

由以上公式可以得出：

（1）風能的值與風速的立方成正比。

（2）風能的值與風所流經的面積成正比。對于風力發電機來說，風能與風力發電機的風輪旋轉時的掃掠面積成正比。由于通常用風輪直徑作為風力發電機的主要參數，所以風能大小與風輪直徑的平方成正比。

（3）風能的值與空氣密度成正比。

通過以上計算，得出表1中鐵路客車風力發電設備的發電量。

表1 不同條件下風電發電量

1.3 供電電路設計

在設計該設備供電電路時（見圖2），有以下幾點需要特別說明：

圖2 供電電路示意圖

（1）風力雖然易得但是卻不穩定，導致所得電流也不穩定，因此就需要通過整流裝置、A/D轉換裝置、變頻器等等，將電流和電壓整合成穩定輸入系統。

（2）在輸入蓄電池前，加裝萬能選擇開關，在正常情況下，向蓄電池充電（主路），若是蓄電池故障則由人為選擇開啟另一路（輔路）。在蓄電池后可以裝有監測裝置，若蓄電池發生故障，無法正常工作報警，由工作人員確定后開啟。

（3）為提高可靠性，在蓄電池后設置線圈，該線圈控制輔路上的開關，其作用是線圈得電，開關斷開；線圈失電，開關閉合。

3 結論

該風力發電設備所產生電能的主要用途是進行輔助供電以及向蓄電池充電。

（1）輔助供電：由于列車運行中，各項功能的正常工作，相互配合，保證了列車的安全運行。因此，在列車上有著各式各樣的安全監測系統以及顯示燈，還有各級儀器儀表的顯示器、軟臥車廂的床頭燈、廁所有無人顯示燈等等，由風力發電為其進行輔助供電。

（2）蓄電池充電：風力發電的電能大部分向蓄電池充電。在列車上蓄電池的作用是十分重要的，因為是作為應急電源使用的。并且應急電源有著一定的使用時間，采用風電后，大大提高了續航能力，而且風電能夠應用于各種環境以及天氣，可靠性高。為事故搶險帶來了更多的保障，具有更高的經濟效益和實用性。

（3）直接作為應急電源使用：設置特殊的轉換開關，在列車車載蓄電池故障后，可以直接向應急設備、照明系統與安全監測系統供電，保證列車電器設備在某些突發意外情況下可以正常工作一段時間，使得列車可以前進一段距離，運行至安全區段，保障列車安全，確保鐵路線路暢通，減少經濟損失。

風力發電作為一種新型的發電形式，它符合可持續發展的目標，對于節約資源環境保護有著十分顯著的意義。同時鐵路行業在我國具有十分重要的意義，已經成為當今時代中國的代表，將風力發電技術帶入鐵路行業，是將多元化科技帶入，為其注入科技的血液，二者的結合具有可觀的經濟價值。