风能移动电源

2015年度黄河钻井 四公司QC小组活动成果

风能移动电源的研制

单位名称：胜利石油管理局小组名称：注册编号：课题类型：创新型

发布人：朱茂勋

黄河钻井四公司50869队QC小组 hhzj047-2015 2015年9月

目录

一、小组简介 .................................................................................... 4

小组成员简介（见表1） ......................................................... 4 2、小组活动简介（见图1） ................................................... 4 二．选题理由 .................................................................................... 5 三．现状调查 .................................................................................... 5 四．确定目标 .................................................................................... 6

1.制定小组活动目标 ................................................................. 6 2.目标可行性分析 ..................................................................... 6 五．原因分析 .................................................................................... 7 六．制定对策 .................................................................................... 7

1.设计思路： .......................................... 错误！未定义书签。 2.设定功能 .............................................. 错误！未定义书签。 七．对策实施 .................................................................................... 9 七．现场应用情况 .......................................................................... 10 八．效果检查 .................................................................................. 10

1.实现了小组的活动目标 ...................................................... 10 九．巩固措施 .................................................................................. 12 十．下步打算 .................................................................................. 13

前 言

移动电源是一种常见的生活用品，是一个集储电、供电、调压于一体的便携式设备。移动电源自身的充电插头直接通过交流电源可以对移动设备充电且自身具有存电装置，相当于一个充电器和备用电池的混合体，相比备用电源而言可以简化一个充电插头的装置，而相比于充电器它又自身具有存电装置，可以在没有直电源或外出时给数码产品提供备用电源。

钻井队在野外条件下，电力供应主要依赖柴油发电机，在看井期间由于考虑到节约成本，每天发电时间总计不超过2小时，现有的移动电源由于可充电时间过短，不能储存足够的电能，以至于看井后期用电情况捉襟见肘，手机、电脑、照明灯、对讲机等无法使用。对看井期间职工的工作和生活造成极大不便。

一、小组简介

小组成员简介（见表1）

表1 小 组 成 员 简 介 表 序号 1 2 3 4 5 6 10 11 姓名 性别 年龄 文化程度 职称 助理工程师 高级工 高级工 高级工 助理工程师 高级工 资料整理：朱茂勋 组内分工 组员 组员 组员 组员 组长 副组长 王书刚 男 黄利民 男 石双喜 男 40 36 32 38 29 36 大专 大学 大学 高中 大学 高中 张继波 男 朱茂勋 刘家兵 男 男 技术顾问：朱茂勋 推 进 者：王书刚 2、小组活动简介（见图1）

小组成立时间：2010.1.1 注册时间： 2015.1.15 注册编号：hhzj047-2015 课题类型：创新型 活动时间： 2015.1～2015.7 风能移动电源 活动方式：集体活动与分散活动相结合 活动次数：15次 出勤率： 93.6%

图1 小组活动情况简介图

二．选题理由

现状问题 看井期间发电时间短，用电紧张，自备充电式移动电源因电能耗尽无法使用。

目标要求

找到稳定的能源供应，摆脱对发电机的依赖，可以随时获得电能。 选定课题风能移动电源 图2 选题理由分析图

三．现状调查

现代人对手机、数码相机等电子设备愈发依赖，在旅游、户外运动中，经常会遇到电子设备供电不足的无奈状况，便携式充电器“移动电源”能够为这些电子设备提供应急充电。目前市场上主流的移动电源有充电式移动电源和太阳能移动电源两种。

充电式移动电源一般储电量大，价格低廉，但充电时间长，在野外不能充电的条件下无法循环使用。

太阳能移动电源是专业“驴友”的首选，能在日光下即开即用，但功率极低，且在夜晚或雨雪天气下，太阳能移动电源也会失去作用。

钻井队职工长期在野外环境下工作，需要应对各种突发天气，太阳能移动电源显然有很大的局限性。而常规的充电式移动电源又依赖其他供电设备，看井期间供电时间短，自然无法长时间使用。

四．确定目标

1.功能目标

以清洁能源的利用为设计出发点，针对钻井队看井期间可能发生的用电短缺现象，提出了一款便携式风力发电移动电源的设计方案。本设计方案利用野外空旷环境中充足的风能进行发电，将机械能转化为电能储存在蓄电池中，并可通过USB接口为随身携带的电子产品进行充电。 2.成本目标

制作材料主要利用井队现有废料，部分配件可去商店采购，制作成本控制在100元内。 2.目标可行性分析

可 行 性 分 析

1、小组成员具有丰富的QC经验，既有钻井一线经验丰富的电气 工程师，又有了解工业设计并具备机械制造知识的技术顾问，理 论基础和实践经验兼备。

2、本设计方案集节能、经济、 实用于一身，既方便生产生活，又低碳环保，同时为未来钻井一线新能源运行模式的设计研究提

供了借鉴经验。

图2 目标可行性分析图

五．提出并确定方案

钻井队在野外电力供应主要依赖柴油发电机，效率低且能耗巨大，在非生产期间使用性价比极低，而且频繁启动停机对柴油机也会造成一定的损害，因而寻求一种能够在非生产期间提供持续电力的替代能源非常必要，通过综合考量，我们首先确定了四种对比方案，见下表：

设计方案表 项目 方案一 方案二 方案三 方案四 太阳能移动大容量充电小功率柴油风能移动电电源 式移动电源 发电机 源 购置大容量使用10KW以利用风力发利用太阳能充电式移动电源，下级别的柴油发电机发电为蓄电原理 电池将光能转化增加移动电源储电机，利用柴油发池充电，再使用蓄为电能。 电量。 电。 电池为电器供电。 运行小功率在光照条件设备时相比较大不受天气和使用时间长，优点 下即开即用，电压功率柴油发电机昼夜影响，即开即电压稳定。 稳定。 更加节约燃料，即用，电压稳定 开即用。 太阳能电池增加额外购增加额外购价格昂贵，使用时功率较小，无置费用，虽储电量置费用，消耗化石缺点 依赖日光，受天法为大功率电器增加，仍需依赖其燃料，运行成本气、夜晚条件限供电。 他供电设备。 高。 制。 通过对比可以看出，风能的优点非常明显，首先，风能是一种清洁、廉价、储量极为丰富的可再生能源，利用风力发电是减少空气污染，缓解能源短缺的有效措施之一。。其次，国内外的风力发电技术已基本成熟，风能市场迅速发展，商业化前景广阔。

在大型风力发电机组技术成熟的基础上，小型风力发电装备的设计开发也越来越受人们的重视，在很多城市，风力发电路灯已经成为街路两边的风景。

根据综合评价分析，我们确定性价比最好的方案四进行实施研制。

六．制定对策

风能发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过转轴带动发电机转子旋转，转子上的闭合线圈不断切割定子磁场产生的磁通而产生磁电感应电流。

同样，根据高中物理知识，我们认识到电动机其实是发电机的逆板，其构造与发电机基本一致。工作时通过电刷向转子上的闭合线圈通入电流，闭合线圈通电后产生交变磁场，与定子磁场产生转矩迫使转子转动。

在认识到以上两点后，我们可以确定制作材料：

直流电动机一只、小风扇叶片一副、过期硫化氢证书一张，小米移动电源一只、数据线两根，支撑架一副。 材料完备后，开始进行制作：

将硫化氢证书裁剪成船桨状，粘贴在小风扇叶片上，扩大风扇的过风面积。

将风扇固定在直流电动机上，测试弱风通过时叶片仍然转动自如。

格力空调出口风速为1.78m/s，略高于自然界二级风风速下限，查询东营气象局历史记录，几年来风速三级以上天数都在一半以上，非常适合风力发电，因此华能、鲁能集团都在东营设立了发电场。

七．对策实施

①将风能放电机固定在住井房屋顶无遮挡处，正对季风风向，风力只要达到一级，即可带动风扇叶片旋转。

②风扇叶片旋转通过联动轴带动发电机动子转动

③发电机工作，产生电动势，形成感应电流。此时，由于风力不稳定，便会产生4~5V的直流电。

④由于风能发电机风量不稳定，故其输出的是4~5V的直流电。此时还不能直接为电器供电，因为电压不稳定，可能会损害设备。

⑤采用有保护电路的充电式移动电源进行电能的存储，将电能转变为化学能，我们采用的是市场价69元的小米移动电源，它采用的是BQ24195是路径管理下的直通输出的低损耗边冲边放技术以及MCU移动电源方案，我们利用它的这两项技术可以实现将不稳定的风能输入转化为稳定的电能输出，以保证电源的正常使用。

七．现场应用情况

风能移动电源依照设计完成后，在看井期间得到了50869队职工

广泛的使用与建议，达到了简单实用、适应现场的效果。对部分电子设备充电情况统计如下表： 序号 1 2 3 4 5 设备型号 MX2 iPhone 4s iPhone 5s Ipad air 充电电压 4.2V 4.2V 4.2V 4.2V 4.2V 消耗时间(h) 4.5 5 5.5 12 5 统计人：朱茂勋 制表人：朱茂勋 制表时间：2015年5月12日

八．效果检查

1.实现了小组的活动目标

完井资料整理时间

22.5 活 动 前 0.5 活动后

图1小组活动目标柱状示意图

截止2015年9月，风能移动电源一直应用于现场，并不断改进。其中：

1. 制作简易，维修方便、成本低廉。 2. 可以为电子设备提供稳定的充电电压。 3. 加装防雨罩后可在雨天使用。

2.效益分析

1、直接效益

风能移动电源可以使职工在看井期间摆脱用电窘境，在正常生产期间也可以作为井场光源、换气扇等简易设备的长期供电，不仅节约了能源消耗，而且省去了大量电线，布设更加灵活，使用更加安全。

2、间接效益

对于任何行业而言，新能源逐步取代传统能源都将是不可阻挡的必然，虽然我的设计原理十分简单，制作也并不精致，但是这个作品为我们钻井行业在未来新能源的利用上提供了一种可行的思路。

提高了职工对QC攻关活动的兴趣 提高了资料整理的准确率 经济效益 大大减少资料整理的工作量

九．巩固措施

资料整理工具还在进一步的完善之中，主要体现在增加安全性、提高实用性，兼具灵活性，建议在此基础上从以下四个方面进一步完善，加大在钻井公司推广使用力度。

加强对资料整理工具使用技巧的互动学习。 不断学习，坚持总结，不怕失败，敢想敢做，勇于实践，锐意创新。 提高质量意识，视井身质量为已之天职

进一步研究资料整理工具，以公司要求和用户需要为最高目标，持续更新完善。

十．下步打算

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10^9MW，其中可利用的风能为2×10^7MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。

钻井队一般地处偏远地区，需要依赖化石能源燃烧驱动设备运行，碳排放量巨大且污染环境。如果能有效利用风能代替部分化石燃料，不仅可以降低成本，同时也符合“低碳环保生活”的时代主题。未来，钻井行业的新能源运行模式必将逐步成为主流，我们将总结本次QC活动经验将风能利用推广在更多设备上。

让我们在这个高度重视环保的今天，比同行们先走一步。