城市快速路噪声发电隔声墙

胡明浩 刘洋 董斌鑫 孙少铮 梁垚

摘 要：城市中车流量的增加带来了道路上噪声的巨增。指示牌、测速仪。红绿灯等道路辅助设备对于电量的要求比较低，噪声产生的电能可以为此类设备进行供电。客观上，噪声产生的电能随车流量的影响较大，所以借助风能、太阳能辅助供电。我们要以噪声发电为主体，建设现代城市道路综合发电系统。

关键词：噪声发电；隔音墙；城市快速路

随着社会的繁杂，越来越离不开能源。中国传动的烧煤供能带来了严重的大气污染，开发新能源，特别是以风能、太阳能、温差能为代表的可再生能源成为重要的研究课题。噪声作为一种机械波，蕴含着可被人们所利用的能源。

1 现状分析

据统计据统计郑州市7个中心城区昼间道路交通噪音等效声级加权平均值69.4dB为道路交通噪声强度等级为二级。干道昼间等效声级最高值为77.7dB。由此可见噪音对我们生活有很大影响。可以发现当噪声冲击隔音屏时，会让隔音屏产生轻微的振动，并产生危害性更大的次声波，最后能够转化为动能。这种动能可以推动后续的电机运动产生电能。噪声的发电装置可以与隔音屏连接在一起，更好的收集噪音能，为道路的基本的LED指示灯供电。

2 隔音墙方案设计

2.1 机械部分

传统的公路声屏障其由金属百叶或者金属筛网孔构成，大多数的声屏障都选用吸声和隔声混合型，对道路噪声的产生和传递特征有针对性地控制，如汽车与道路摩擦声或机车与轨道摩擦声在道路下部，声音有通过屏体上部绕射的特征，所以在设计上采用上下吸声，中间隔声的结构，这样可以有效地减弱噪声的绕射；声屏障的中间使用透明的反射型隔声板，能有效地中断声波的传播途径；同时也为司机和居民提供一个开阔的视野环境。

2.1.1 噪音发电部分

声音发电有电磁式和压电式两种。电磁式基于法拉第电磁感应原理，噪声带动导体线圈运动切割磁感线，产生感应电流。压电式基于压电材料，当噪声压力导致压电材料发生形变时，材料两极会产生电势差。压电转换的优点在于结构简单、无电磁干扰、加工制作容易，同时占用面積小、集成化程度高。综合来看，压电式能量收集选用压电多晶陶瓷材料。该设计从技术上可以实现噪声能量的收集、转化、利用功能。缺点在于转换效率低，对于强度较低的噪声能量收集能力较低。所以，在压电陶瓷发电片外需要将能量放大，同时又不能将声音扩散出去，所以采用亥姆霍兹共鸣腔结构，该结构将环境噪声收集。

2.1.2 风力发电部分

本设计采用圆筒形风力发电装置，装置上下有两个风力发电机，中间由带有燃气轮机涡轮降低三套发电装置连接同一套蓄形叶片运动进而切割磁感线进行发电，公路上汽车产生的风主要分布在车身高度位置，所以我们将风力发电装置布置在离地一米左右的位置，最大可能地收集风能。并且考虑到隔音屏障的实用性，风力发电装置间隔稍大，中间采透明板材连接，防止阻碍司机的视线以及阻止噪音的通过。

2.1.3 太阳能发电部分

利用太阳能发电有两大类型，一类是太阳光发电（亦称太阳能光发电），另一类是太阳热发电（亦称太阳能热发电）。光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式，是当今太阳光发电的主流，我们就采用普通的光伏太阳能发电板，降低成本。将太阳能电池板安装于隔音带的上方，合理倾斜一定角度，同时还可为下方的噪音发电、风力发电装置“遮风挡雨”，还可将电子电路做在电池板的下方，方便固定同时起到保护作用。

2.2 控制部分

系统工作原理采用太阳能发电、压电式发电、电磁切割式发电等产生的电能通常是毫安、毫伏级的，我们要做的就是对这种电能进行存储，该方案可在不借助外部电源对系统供电的前提下，将这种微弱电能两级增强放大后通过调制电路使系统输出端达到4.2V、355mA稳定的电能，实现向蓄电池充电。系统由输入端输入微弱电能，利用储能电感储能密度大的特点，可使电流强度迅速提高10倍以上，电能也随之增加，完成第一阶段的中间储能；利用超级电容高功率密度的特性，将储能线圈放出的电能暂时存储在超级电容组，进行电能逐步积聚，完成第二阶段中间，储存在电容里，当电容的电能达到一定值时，采用PWM调制电路对电容进行电能稳定释放，最后进通过充电电路将电能最终存储在蓄电池中。

2.3 电能质量监控

基于物联网的电能质量监测系统，实时采集微电网运行数据，实现微电网内设备状态和电能质量实时监控，异常数据现地决策。通过网页和移动APP，可以实现人机交互的功能。网页方面，接收Web服务器的数据，将发电的实时信息显示在网页上，并要将电压信息用曲线图的方式实时画在网页上。使用Android客户端把服务器电压、电流等微电网信息即时进行显示，出现问题即可进行及时警报。

3 方案评价

将城市交通中的噪声污染消除，并进行转化，使其变废为宝，用于交通基础设施的供电，有利于建设智慧城市；将多种自然界的能量汇集在一起，形成综合发电体系。传统的发电装置基本是单独一种能源，会因为不同时间、不同地点的差异而影响整体的发电效果。本设计综合了各种清洁能源的优点，将能源产生时间，地点进行互补，确保确保交通用电的稳定。

参考文献

[1]韩旭.浅析噪声发电[J].应用能源技术，2014（5）14-16.

[2]荀华，宋长忠，韩建春.噪声发电研究的展望[J].能源与环境，2010（1）7-8.