本技术方案介绍了一种直驱式风力制冷系统及其设计方法,旨在保护多年冻土。该系统包含机柜、风力机单元、传动变速机构单元和制冷单元。风力机单元将风能转化为机械能,传动变速机构单元提升转速并实现自主调节,确保转速在合理范围内。制冷单元负责向冻土地基输送冷量,以制冷并保护冻土。该技术方案提高了能源利用率,降低了能量损失,提升了制冷效率,具有高实用性。
背景技术
我国多年冻土主要分布在“第三极”青藏高原,受气候变暖和工程活动的影响,多年冻土呈强烈的退化状态。冻土退化对铁路、公路路基结构的影响显著,调查表明青藏公路多年冻土退化融沉引起的路基病害占总病害率的75%以上。“保护冻土”是多年冻土区交通建设的主要原则,采取冷却路基的降温思路,包括碎/块/片石气冷结构、通风管、热棒及XPS隔热层等措施。但是,在高温、富冰冻土路段或需要应急抢险的融沉路段,现有措施还无法胜任。为此,交通领域开始引入人工制冷技术,来实现对多年冻土地区的主动制冷,即更为实时和有效的保护。制冷循环中热量逆向传递需要外部能量(机械能、电能或热能)的驱动,交通沿线基础设施分布不均,集中供能的技术性、经济性面临巨大困难。因此,基于太阳能、风能等新能源的制冷方案是交通线路多年冻土保护的主要途径。例如申请号CN201711190185.7,公开了用于防治多年冻土退化的压缩式制冷系统,提出了一种太阳能与风能联合驱动的电动型压缩式制冷系统;申请号CN201010005249.3,公开了维护多年冻土地基热稳定的方法及配套的太阳能制冷装置,提出了一种由太阳能驱动的热动型吸附式制冷系统。
以上公开的文件中存在的主要问题有:对于电能驱动型制冷系统,太阳能与风能发电的能量形状转化环节多,太阳能与风能利用效率相对低,为匹配制冷系统用电需求需要增加发电组件数量,相应地增大设备安装占地和投资规模;对于热能驱动型制冷系统,太阳能集热器受到太阳辐照季节性与昼夜性波动的限制,需要增加储热组件,化学储热材料热容量低、耐久性差,导致成本增高、体积增大、整体寿命降低。因此,面向交通线路多年冻土场景时,在设备寿命、占用空间、经济投入等多方面存在局限性。可见,提高能源利用效率、简化制冷系统组成是保证多年冻土制冷保护技术实用性的关键。
实现思路