基于ZL：201821847991.7 的設(shè)計及效益分析

張 衡，李佳程，溫鑫武，李曉明

（1.太原理工大學(xué) 現(xiàn)代科技學(xué)院，山西 太原030024；2.山西澤清鑫新能源科技有限公司，山西 太原030024）

1 結(jié)構(gòu)與運行模式設(shè)計

本設(shè)計的主要結(jié)構(gòu)是采用由風(fēng)力機和太陽能光伏板搭建一個高約4 m，面積隨電壓與功率要求不同而改變的可再生清潔能源棚，棚體宜傾斜于采光方向。

本技術(shù)已成熟，其在電動車續(xù)電方面的組合在2018 年已經(jīng)申報的專利ZL：201821847991.7 中提出，但仍存在一定的技術(shù)問題。為了適應(yīng)電動車充電的要求，設(shè)置了2 種充電模式，即直流高壓快充（30 min）模式、低壓普通充電模式。此外，還設(shè)置了2 種能源運行機制，即并網(wǎng)運行機制和離網(wǎng)運行機制。

風(fēng)力發(fā)電機為直徑3.5～4.0 m 的三葉片結(jié)構(gòu)，單個輸出為DC400 V、3 kW；光伏板為1 990 mm×990 mm×35 mm 的單晶材料，單塊輸出為DC36 V、300 W；光伏板可以串并聯(lián)直接輸出，風(fēng)力機須經(jīng)控制器后再實施串并聯(lián)輸出。并網(wǎng)運行可以不配備儲能設(shè)施，而離網(wǎng)運行必須配備儲能裝置。風(fēng)光互補充電設(shè)施效果如圖1 所示。前者必須有專門的充電插頭插座，后者配合市面上的充電樁運行。

圖1 風(fēng)光互補充電設(shè)施效果圖

圖1 中，每桿上方的小盒是風(fēng)力機控制器，下方大盒是充電插座。

以并網(wǎng)運行為例，其電路結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

1—光伏板；2—風(fēng)力機；3—風(fēng)電控制器；4—直流高壓充電插座；5—逆變器；6—充電樁；7—電網(wǎng)。

2 設(shè)置高速路服務(wù)區(qū)充電站的可行性分析

鑒于目前電動車尚不能自如地運營于高速路的問題，應(yīng)設(shè)置類似于加油站的服務(wù)區(qū)充電站，以解決電動汽車長途行駛的續(xù)航問題。使用電力充電樁的手段不僅消耗了大量的電力資源，且還需要鋪設(shè)專門的輸電線路和充電樁，成本較高。設(shè)置這樣的充電站，不僅不需要國家的電力資源，還兼有遮陽、擋雨、零能耗的特點，初裝費用遠低于原加油站的投資額度，但其維護簡單，充電迅速，使用壽命長達15～25 年，電費可以過渡到幾乎零費用，這無疑是高速路服務(wù)區(qū)的最佳選擇。

2.1 社會效益淺析

不使用電力能源，而使用取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源，沒有污染，不消耗國家能源，是“金山銀山”之舉；不需要專門設(shè)置充電站頂棚，設(shè)施本身就可遮陽擋雨，一人值守足以管理整個充電場地，也可插卡充電無人值守，方便省事；無需充電樁類設(shè)備，也無需拉設(shè)大量的電力電纜，幾個充電插孔就可以為各類電動車快速充電；充電費用極低，收回投資后可以零費用充電，充分體現(xiàn)新時期的社會主義特色；大量電動車可以放心大膽、安然無恙地駛上高速路，促進了新能源車輛的高速發(fā)展，提高了人民對新能源汽車的接受度、關(guān)注度和購買意愿；不需要挖掘地下空間，沒有任何易燃易爆危險，車輛可以放心充電，安全可靠；搭建類似于加油站的充電站投資金額只有加油站的四分之一，性價比高；國際上沒有先例，打造了中國充分利用可再生能源的先河，填補了世界可再生能源利用的空白。

2.2 經(jīng)濟效益分析

2．2．1 使用方面

除了沒有絲毫環(huán)境污染外，能量隨地而取，沒有任何運輸費用，一勞永逸，可以連續(xù)使用15～25 年。

充電費用收?。?0×30 m2的規(guī)模投資約需120 萬元（按10 個車同時充電考慮）。

按0.60 元/度電計算（低于充電樁的0.8 元/度電），一個電動車續(xù)電量按100 kW·h 估算（0.5～1 h 充電），1 d 按連續(xù)10 h 運行，可以收取電費600 元，6 個月就可以收回投資；按0.4 元/度電估算，12 個月可收回投資。此后可以由管理方隨意調(diào)整價格，最佳方案是只收取充1 次（比如10 元）的維護管理費或免費。

2．2．2 國家補貼

投資方面，國家經(jīng)信委可以給予8%的項目經(jīng)濟補助；并網(wǎng)運營方面，可以把剩余電量賣給國家電網(wǎng)（0.78 元/度電），這樣物盡其用，每月的效益就可以達到20 萬元。如果風(fēng)力資源充足（東北、西北、華北北部、山間坡地、沿海）的地區(qū)，可以24 h 運營，月效益可以達到40 多萬元，3 個月便可收回投資。

綜上所述，該項目充分利用可再生清潔能源，造價低廉、維護簡單、安全可靠，極大地推動了新能源車輛的大面積推廣，充電迅速，用電費用低，直至零費用。

如果能并網(wǎng)運營，則能實現(xiàn)零費用充電，照明及其他用電均可由此裝置獲??；經(jīng)過適當(dāng)裝飾，還可以使充電系統(tǒng)五彩斑斕，景色宜人；15～25 年基本免維護。

誠然，該項目的前期投資比較大，因此，有很多投資商和國營企業(yè)望而卻步，包括個體、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣交通局、省石油公司、央企（推廣過程中接觸到的）等，但該項目在山西這個能源革命的試點省必有用武之地，它一定能在山西乃至全國綻放異彩。