风力发电技术在铁路客车上的应用*

谭远林，李 纯

（南京铁道职业技术学院，江苏 南京210015）

风力发电是对太阳能的一种合理利用与开发，符合新时代人们对于新能源开发的条件，是一种清洁的、易得的、可持续的新型能源。随着我国风力发电技术的不断完善，使得风电行业也进入了高速发展的阶段，风力发电技术更具规模化和有效化，风力发电过程中不需要燃料也没有辐射，更不会产生空气污染，是一种清洁能源，因此将风力发电技术与列车辅助供电系统相结合，对于节约资源环境保护有着十分显著的意义。

目前铁路客车的辅助供电系统均由DC600V逆变器实现，若将风力发电应用于铁道车辆，需要考虑供电容量、风力发电设备尺寸及安装、电力输送方案等技术要点。

1 铁路客车风力发电机设计

1.1 边界设计

铁路限界是保障铁路安全行车的基本保证之一，如图1所示，而且在全国范围都有着统一的标准。铁路限界保证了铁路车辆能在全国范围内的安全通行，杜绝了因为机车、车辆外形尺寸设计不当、货物过限等各种原因造成车辆逼停进而导致经济损失。

图1 机车车辆限界

影响风力发电设备运转效率的因素主要有风速、风能、扇叶尺寸等，当铁路客车时速可达120km及以上时，其所能产生的风能是极为丰富的。但由于机车车辆限界的存在，风力发电装置中风机扇叶的大小半径也有着一定的范围，若扇叶过小则会导致产生的电能不足。

而在机车限界与建筑限界之间存在着保护区间的关系，就使得风机扇叶尺寸半径必须保持在350mm以内。

1.2 主要技术指标

风力发电装置是利用风能来带动风力发电机工作而产生电能，风能主要与风速、风所流经的面积、空气密度三个因素有关，其关系如下：

或者也可以简单的写成：

式中：ρ为空气密度，kg/m3；V为风速，m/s；t为时间，s；s为截面面积，m2。

由以上公式可以得出：

（1）风能的值与风速的立方成正比。

（2）风能的值与风所流经的面积成正比。对于风力发电机来说，风能与风力发电机的风轮旋转时的扫掠面积成正比。由于通常用风轮直径作为风力发电机的主要参数，所以风能大小与风轮直径的平方成正比。

（3）风能的值与空气密度成正比。

通过以上计算，得出表1中铁路客车风力发电设备的发电量。

表1 不同条件下风电发电量

1.3 供电电路设计

在设计该设备供电电路时（见图2），有以下几点需要特别说明：

图2 供电电路示意图

（1）风力虽然易得但是却不稳定，导致所得电流也不稳定，因此就需要通过整流装置、A/D转换装置、变频器等等，将电流和电压整合成稳定输入系统。

（2）在输入蓄电池前，加装万能选择开关，在正常情况下，向蓄电池充电（主路），若是蓄电池故障则由人为选择开启另一路（辅路）。在蓄电池后可以装有监测装置，若蓄电池发生故障，无法正常工作报警，由工作人员确定后开启。

（3）为提高可靠性，在蓄电池后设置线圈，该线圈控制辅路上的开关，其作用是线圈得电，开关断开；线圈失电，开关闭合。

3 结论

该风力发电设备所产生电能的主要用途是进行辅助供电以及向蓄电池充电。

（1）辅助供电：由于列车运行中，各项功能的正常工作，相互配合，保证了列车的安全运行。因此，在列车上有着各式各样的安全监测系统以及显示灯，还有各级仪器仪表的显示器、软卧车厢的床头灯、厕所有无人显示灯等等，由风力发电为其进行辅助供电。

（2）蓄电池充电：风力发电的电能大部分向蓄电池充电。在列车上蓄电池的作用是十分重要的，因为是作为应急电源使用的。并且应急电源有着一定的使用时间，采用风电后，大大提高了续航能力，而且风电能够应用于各种环境以及天气，可靠性高。为事故抢险带来了更多的保障，具有更高的经济效益和实用性。

（3）直接作为应急电源使用：设置特殊的转换开关，在列车车载蓄电池故障后，可以直接向应急设备、照明系统与安全监测系统供电，保证列车电器设备在某些突发意外情况下可以正常工作一段时间，使得列车可以前进一段距离，运行至安全区段，保障列车安全，确保铁路线路畅通，减少经济损失。

风力发电作为一种新型的发电形式，它符合可持续发展的目标，对于节约资源环境保护有着十分显著的意义。同时铁路行业在我国具有十分重要的意义，已经成为当今时代中国的代表，将风力发电技术带入铁路行业，是将多元化科技带入，为其注入科技的血液，二者的结合具有可观的经济价值。