基于ZL：201821847991.7 的设计及效益分析

张 衡，李佳程，温鑫武，李晓明

（1.太原理工大学 现代科技学院，山西 太原030024；2.山西泽清鑫新能源科技有限公司，山西 太原030024）

1 结构与运行模式设计

本设计的主要结构是采用由风力机和太阳能光伏板搭建一个高约4 m，面积随电压与功率要求不同而改变的可再生清洁能源棚，棚体宜倾斜于采光方向。

本技术已成熟，其在电动车续电方面的组合在2018 年已经申报的专利ZL：201821847991.7 中提出，但仍存在一定的技术问题。为了适应电动车充电的要求，设置了2 种充电模式，即直流高压快充（30 min）模式、低压普通充电模式。此外，还设置了2 种能源运行机制，即并网运行机制和离网运行机制。

风力发电机为直径3.5～4.0 m 的三叶片结构，单个输出为DC400 V、3 kW；光伏板为1 990 mm×990 mm×35 mm 的单晶材料，单块输出为DC36 V、300 W；光伏板可以串并联直接输出，风力机须经控制器后再实施串并联输出。并网运行可以不配备储能设施，而离网运行必须配备储能装置。风光互补充电设施效果如图1 所示。前者必须有专门的充电插头插座，后者配合市面上的充电桩运行。

图1 风光互补充电设施效果图

图1 中，每杆上方的小盒是风力机控制器，下方大盒是充电插座。

以并网运行为例，其电路结构如图2 所示。

1—光伏板；2—风力机；3—风电控制器；4—直流高压充电插座；5—逆变器；6—充电桩；7—电网。

2 设置高速路服务区充电站的可行性分析

鉴于目前电动车尚不能自如地运营于高速路的问题，应设置类似于加油站的服务区充电站，以解决电动汽车长途行驶的续航问题。使用电力充电桩的手段不仅消耗了大量的电力资源，且还需要铺设专门的输电线路和充电桩，成本较高。设置这样的充电站，不仅不需要国家的电力资源，还兼有遮阳、挡雨、零能耗的特点，初装费用远低于原加油站的投资额度，但其维护简单，充电迅速，使用寿命长达15～25 年，电费可以过渡到几乎零费用，这无疑是高速路服务区的最佳选择。

2.1 社会效益浅析

不使用电力能源，而使用取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，没有污染，不消耗国家能源，是“金山银山”之举；不需要专门设置充电站顶棚，设施本身就可遮阳挡雨，一人值守足以管理整个充电场地，也可插卡充电无人值守，方便省事；无需充电桩类设备，也无需拉设大量的电力电缆，几个充电插孔就可以为各类电动车快速充电；充电费用极低，收回投资后可以零费用充电，充分体现新时期的社会主义特色；大量电动车可以放心大胆、安然无恙地驶上高速路，促进了新能源车辆的高速发展，提高了人民对新能源汽车的接受度、关注度和购买意愿；不需要挖掘地下空间，没有任何易燃易爆危险，车辆可以放心充电，安全可靠；搭建类似于加油站的充电站投资金额只有加油站的四分之一，性价比高；国际上没有先例，打造了中国充分利用可再生能源的先河，填补了世界可再生能源利用的空白。

2.2 经济效益分析

2．2．1 使用方面

除了没有丝毫环境污染外，能量随地而取，没有任何运输费用，一劳永逸，可以连续使用15～25 年。

充电费用收取：40×30 m2的规模投资约需120 万元（按10 个车同时充电考虑）。

按0.60 元/度电计算（低于充电桩的0.8 元/度电），一个电动车续电量按100 kW·h 估算（0.5～1 h 充电），1 d 按连续10 h 运行，可以收取电费600 元，6 个月就可以收回投资；按0.4 元/度电估算，12 个月可收回投资。此后可以由管理方随意调整价格，最佳方案是只收取充1 次（比如10 元）的维护管理费或免费。

2．2．2 国家补贴

投资方面，国家经信委可以给予8%的项目经济补助；并网运营方面，可以把剩余电量卖给国家电网（0.78 元/度电），这样物尽其用，每月的效益就可以达到20 万元。如果风力资源充足（东北、西北、华北北部、山间坡地、沿海）的地区，可以24 h 运营，月效益可以达到40 多万元，3 个月便可收回投资。

综上所述，该项目充分利用可再生清洁能源，造价低廉、维护简单、安全可靠，极大地推动了新能源车辆的大面积推广，充电迅速，用电费用低，直至零费用。

如果能并网运营，则能实现零费用充电，照明及其他用电均可由此装置获取；经过适当装饰，还可以使充电系统五彩斑斓，景色宜人；15～25 年基本免维护。

诚然，该项目的前期投资比较大，因此，有很多投资商和国营企业望而却步，包括个体、乡镇、县交通局、省石油公司、央企（推广过程中接触到的）等，但该项目在山西这个能源革命的试点省必有用武之地，它一定能在山西乃至全国绽放异彩。