本發(fā)明涉及多能源利用，具體來說，涉及一種適用于高速公路的多能耦合新型儲能換熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展和減少碳排放的重視，高速公路作為交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其能源需求日益增長。地?zé)崮堋⑻柲芎惋L(fēng)能等可再生能源在高速公路能源供應(yīng)中的應(yīng)用日益受到關(guān)注。在這種背景下，新型儲能技術(shù)與高效換熱系統(tǒng)的結(jié)合成為解決高速公路能源問題的關(guān)鍵。儲能技術(shù)可以解決電力需求波動的問題，確保在需求高峰時穩(wěn)定供電；而高效換熱系統(tǒng)則可以回收并利用廢熱，提高能源整體利用效率，減少能源浪費。

2、然而，現(xiàn)有的儲能和換熱技術(shù)往往局限于單一能源，難以適應(yīng)高速公路多場景下的復(fù)雜能源需求。為了滿足可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求，人們開始開采儲量豐富的可再生能源來供應(yīng)能量。由于存在不穩(wěn)定性，大大限制了這些能源技術(shù)的推廣，也讓這些能源的利用面臨一些挑戰(zhàn)：首先，地?zé)崮苤饕诘貧し€(wěn)定、溫泉豐富的地區(qū)，太陽能和風(fēng)能則受天氣和地理位置影響較大，如何在不同條件下實現(xiàn)這三種能源的互補，是技術(shù)上的難題；其次，每種能源的轉(zhuǎn)換設(shè)備可能有不同的效率，如何優(yōu)化整個系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換，提高整體效率，是技術(shù)優(yōu)化的關(guān)鍵；最后，將多種能源整合到一個系統(tǒng)中，需要解決系統(tǒng)的集成、協(xié)調(diào)和智能控制問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3、針對相關(guān)技術(shù)中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了適用于高速公路的多能耦合新型儲能換熱系統(tǒng)，通過三種可再生能源在不同條件下的優(yōu)化互補，以滿足高速公路的持續(xù)能源需求，進(jìn)而解決高速公路能源供應(yīng)依賴于外部電網(wǎng)，受電力供需波動影響大，且能源轉(zhuǎn)換和傳輸過程中的效率不高，造成碳排放較大和能源浪費的問題。

2、為實現(xiàn)上述通過三種可再生能源在不同條件下的優(yōu)化互補，以滿足高速公路的持續(xù)能源需求的優(yōu)點，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

3、一種適用于高速公路的多能耦合新型儲能換熱系統(tǒng)，該適用于高速公路的多能耦合新型儲能換熱系統(tǒng)包括可再生能源采集模塊、多能耦合管理模塊及安全控制模塊；

4、可再生能源采集模塊，用于將預(yù)先采集的可再生能源轉(zhuǎn)換為電能，其中，可再生能源包括地?zé)崮堋L(fēng)能及太陽能；

5、多能耦合管理模塊，用于對轉(zhuǎn)換生成的電能進(jìn)行儲存及換熱管理，并建立多能耦合調(diào)度模型實現(xiàn)可再生能源間的協(xié)同分配；

6、安全控制模塊，用于實時監(jiān)測可再生能源采集模塊及多能耦合管理模塊的運行狀態(tài)，在監(jiān)測到故障狀態(tài)時發(fā)送預(yù)警指令并實施應(yīng)急措施。

7、優(yōu)選地，可再生能源采集模塊包括地?zé)岵杉K、風(fēng)力發(fā)電模塊及太陽能光伏模塊；

8、地?zé)岵杉K，用于利用熱能采集設(shè)備獲取地?zé)崮懿鬟f至循環(huán)工質(zhì)，推動循環(huán)工質(zhì)流動實現(xiàn)地?zé)崮芘c電能間的轉(zhuǎn)換；

9、風(fēng)力發(fā)電模塊，用于利用風(fēng)力發(fā)電設(shè)備獲取風(fēng)能并轉(zhuǎn)換為電能，再結(jié)合獨立變槳控制技術(shù)對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備執(zhí)行優(yōu)化控制；

10、太陽能光伏模塊，用于利用太陽能采集設(shè)備獲取太陽能并轉(zhuǎn)換為電能，再結(jié)合光伏跟蹤技術(shù)對太陽能采集設(shè)備執(zhí)行優(yōu)化控制。

11、優(yōu)選地，風(fēng)力發(fā)電模塊在結(jié)合獨立變槳控制技術(shù)對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備執(zhí)行優(yōu)化控制時包括：

12、采集風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運行參數(shù)，分別將風(fēng)速作為自控制干擾量、將槳距角作為控制量、將輪轂中心的傾覆力矩及偏航力矩作為輸出反饋量，依次對葉片的重力彎矩、風(fēng)速及槳距角進(jìn)行逆變換；

13、將逆變換得到的槳距角需求數(shù)值變換為實際偏差變槳的控制量，得到獨立變槳期望的附加槳距角；

14、將獨立變槳期望的附加槳距角和預(yù)定義的槳距角疊加得到風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的槳距角控制量，并基于槳距角控制量對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化控制。

15、優(yōu)選地，多能耦合管理模塊包括儲能模塊、多能耦合調(diào)度模塊、高效換熱模塊及跨區(qū)域能源調(diào)度模塊；

16、儲能模塊，用于結(jié)合高速公路的能源需求及電力反饋信號優(yōu)化儲能設(shè)備的充放電策略；

17、多能耦合調(diào)度模塊，用于利用能耦合調(diào)度模型調(diào)整地?zé)岵杉K、風(fēng)力發(fā)電模塊和太陽能光伏模塊的運行狀態(tài)，實現(xiàn)可再生能源間的優(yōu)化配置；

18、高效換熱模塊，用于利用多目標(biāo)優(yōu)化算法為儲能設(shè)備的充放電策略及換熱系統(tǒng)的運行參數(shù)進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，并基于電能的轉(zhuǎn)換利用為高速公路沿線區(qū)域提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)；

19、跨區(qū)域能源調(diào)度，用于識別高速公路不同區(qū)域的能源產(chǎn)出與能源需求間的差異，并結(jié)合能源差異預(yù)測能源需求后制定跨區(qū)域能源調(diào)度策略。

20、優(yōu)選地，儲能模塊在結(jié)合高速公路的能源需求及電力反饋信號優(yōu)化儲能設(shè)備的充放電策略時包括：

21、提取地?zé)岵杉K、風(fēng)力發(fā)電模塊和太陽能光伏模塊轉(zhuǎn)換釋放的電能并提取電能數(shù)據(jù)；

22、將電能數(shù)據(jù)與高速公路的能源需求及電力反饋信號結(jié)合，利用強化學(xué)習(xí)算法調(diào)整儲能裝置的充放電策略；

23、其中，儲能裝置的充放電策略包括在儲能裝置的低用電時期，則對儲能裝置充電；在儲能裝置的高用電時期，則對儲能裝置放電。

24、優(yōu)選地，多能耦合調(diào)度模塊在利用能耦合調(diào)度模型調(diào)整地?zé)岵杉K、風(fēng)力發(fā)電模塊和太陽能光伏模塊的運行狀態(tài)，實現(xiàn)可再生能源間的優(yōu)化配置時包括：

25、利用時間序列分析技術(shù)對高速公路沿線區(qū)域的交通流量及氣象條件進(jìn)行預(yù)測，評估高速公路沿線區(qū)域的設(shè)備能源需求；

26、基于高速公路沿線區(qū)域的設(shè)備能源需求動態(tài)調(diào)整高速公路沿線能源站的輸出功率及儲能設(shè)備的充放電策略；

27、建立多能耦合調(diào)度模型，并基于高速公路沿線區(qū)域的設(shè)備能源需求利用多能耦合調(diào)度模型調(diào)整地?zé)岵杉K、風(fēng)力發(fā)電模塊和太陽能光伏模塊的運行狀態(tài)。

28、優(yōu)選地，建立多能耦合調(diào)度模型，并基于高速公路沿線區(qū)域的設(shè)備能源需求利用多能耦合調(diào)度模型調(diào)整地?zé)岵杉K、風(fēng)力發(fā)電模塊和太陽能光伏模塊的運行狀態(tài)包括：

29、基于可再生能源功率及高速公路沿線區(qū)域的設(shè)備能源需求構(gòu)建高速公路多能耦合調(diào)度優(yōu)化場景，并對能源需求進(jìn)行削峰填谷，得到多能耦合調(diào)度模型的峰谷邊界；

30、將可再生能源功率及高速公路沿線區(qū)域的設(shè)備能源需求作為輸入層，將削峰填谷后的多能耦合調(diào)度模型的峰谷邊界作為輸出層，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生成多能耦合調(diào)度模型的峰谷邊界預(yù)估模型；

31、基于多能耦合調(diào)度模型的峰谷邊界預(yù)估模型預(yù)測出適用于高速公路未來時間段的峰谷邊界，并將峰谷邊界傳輸至儲能模塊，由儲能模塊進(jìn)行調(diào)峰；

32、儲能模塊根據(jù)高速公路未來時間段的峰谷邊界所儲存的電能分配至高效換熱模塊與電網(wǎng)。

33、優(yōu)選地，安全控制模塊包括運行狀態(tài)監(jiān)測模塊及安全保障模塊；

34、運行狀態(tài)監(jiān)測模塊，用于實時監(jiān)測可再生能源管理模塊及多能耦合調(diào)度模塊的運行狀態(tài)，并結(jié)合運行狀態(tài)的監(jiān)測數(shù)據(jù)識別潛在故障模式；

35、安全保障模塊，用于基于識別的潛在故障模式制定安全保障措施，以保障可再生能源管理模塊及多能耦合調(diào)度模塊的穩(wěn)定運行。

36、優(yōu)選地，運行狀態(tài)監(jiān)測模塊在實時監(jiān)測可再生能源管理模塊及多能耦合調(diào)度模塊的運行狀態(tài)，并結(jié)合運行狀態(tài)的監(jiān)測數(shù)據(jù)識別潛在故障模式時包括：

37、利用傳感器實時監(jiān)測可再生能源管理模塊及多能耦合調(diào)度模塊的運行狀態(tài)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至高速公路監(jiān)控中心，以實現(xiàn)與高速公路監(jiān)控中心的信息共享；

38、對運行狀態(tài)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，識別設(shè)備的潛在故障模式；

39、基于設(shè)備的潛在故障模式預(yù)測故障發(fā)生的時間和類型，并制定設(shè)備維護(hù)計劃以減少非計劃停機時間。

40、優(yōu)選地，獨立變槳期望的附加槳距角的計算公式為：

41、

42、式中，表示經(jīng)逆變換后的獨立變槳期望的附加槳距角；δ表示實際執(zhí)行變槳過程中的槳距角；bi表示葉片的初始槳距角。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了適用于高速公路的多能耦合新型儲能換熱系統(tǒng)，具備以下有益效果：

44、(1)本發(fā)明提供了適用于高速公路的多能耦合新型儲能換熱系統(tǒng)，確保在各種條件下都能穩(wěn)定、高效地收集和利用能源，且通過三種可再生能源在不同條件下的優(yōu)化互補，以滿足高速公路的持續(xù)能源需求，從而通過集成高效的轉(zhuǎn)換設(shè)備和優(yōu)化系統(tǒng)提高整體能源利用效率，進(jìn)而降低運營成本。

45、(2)本發(fā)明通過將具有季節(jié)性和時間性差異的地?zé)崮?、太陽能和風(fēng)能有效耦合并實現(xiàn)這三種能源的互補，以確保持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)，同時通過高效換熱技術(shù)提高能源整體利用效率，且根據(jù)高速公路的不同區(qū)域(如服務(wù)區(qū)、隧道、收費站等)能源需求的各異性提供定制化的能源解決方案，降低高速公路運營成本，進(jìn)而推動高速公路的綠色能源轉(zhuǎn)型。