新聞主題	柴油機混合能源發電系統的優點

 

摘要：由于全球氣候變暖問題日益嚴重，各國紛紛提倡低碳經濟，以節能減排為核心，提升能源使用效率，并發展可再生資源。風能和太陽能發電系統是目前技術開發最成熟的再生能源，但是風力資源的不確定性和太陽能的不連續性導致風力發電機和太陽能電池板輸出的電能功率是脈動的和非連續的，不加以控制則無法直接應用。混合能源系統指基于太陽能、風能、柴油發電機組與市電能源混合為一體的能源系統，其不僅可以降低系統整體造價成本，還可以提高系統的供電保障率，其也可應用在村落、島嶼以及通訊基站的集中供電，滿足負荷的用電需求。

 

一、混合能源概述

 

      混合能源供電系統一般是指采用風力發電、光伏發電、柴油發電機組發電、蓄電池儲能供電等混合供電，如圖2所示。即采用風能發電、光伏發電、柴油發電機組發電和蓄電池組供電于一體的復合電力能源技術，能夠充分利用太陽能和風能資源，替代或者補充蓄電池組和柴油發電機組發電所提供的電力，既可以直接給用電設備提供電力，又可以對蓄電池組進行充電，將不同的能源進行統一的控制器和調節調度，相互彌補其發電缺失，與單一能源發電相比，混合能源供電系統可以向客戶端提供高質量的穩定電能。系統具有節省燃油消耗、減少物資供給、減輕運輸壓力、保障安全供電、延長供電時間和節約成本等優點，系統可以根據當地環境自然條件和用電設備的電力消耗情況適當配置，安裝快捷、移動方便，是非常理想的能源供電設備，適用于無市電或市電不穩定，而當地太陽能或風能資源豐富的固定或者移動的用電場所。

      混合能源供電系統的特點在于將新能源發電技術與傳統能源發電技術相結合，根據風、光、柴、蓄混合發電系統的技術指標和經濟指標與系統調度策略的關系，確定系統能量的智能最優調度策略。系統模塊化的結構設計和集成設計，具備良好的兼容性和冗余設計，多種結構可以自由組合，有風光柴蓄、風柴蓄、光柴蓄和柴蓄混合等方式。組成系統如圖1、圖2所示。

 

圖1 微電網組成系統圖

圖2 典型混合能源供電系統框圖

 

二、混合能源優點

 

      使用混合能源供電系統的目的就是為了綜合利用幾種發電技術的優點，避免各自的缺點。其優點如下：

1、對可再生能源的更好利用

      因為可再生能源是變化的、不穩定的，所以系統必須按照最差的工況進行設計。在太陽輻射最高峰時期產生的多余電量因無法使用而浪費掉，使得整個系統的經濟性能降低，配備蓄電池儲能系統后，可以使可再生能源最大化利用。

2、具有較高的系統實用性

      因為可再生能源的變化在獨立系統中具有不穩定性，一旦出現較長時間的連續陰雨天氣，系統供電就不能滿足負載的需求，從而導致停電或者蓄電池過放電現象，影響整個供電系統的實用性。而混合系統中的各能源可無縫切換，大大降低了負載斷電率。

3、提高穩定性和可靠性

      利用太陽能、風能的互補特性，再加上柴油發電機組作為備用發電設備，大大提高了系統的穩定性和可靠性，在保證同樣供電的情況下，可以減小儲能蓄電池的容量，大幅度降低了系統的成本。

4、降低運營成本

      與單用柴油發電機的系統相比，具有較低的維護和運行費用。同時在混合能源供電系統中可以進行綜合控制，使柴油發電機組在額定功率附近工作，提高了燃油效率。

5、獲得經濟效益

      對系統進行合理的設計和匹配，基本上可以由風、光發電系統供電，很少起用備用電源（柴油發電機組），可以獲得較好的經濟效益。

6、負載匹配更佳

      使用混合能源供電系統后，柴油發電機組可以即時提供較大的功率，所以混合能源供電系統可適用于范圍更加廣泛的負載系統，例如可以使用較大的交流負載、沖擊負載等。還可以更好地匹配負載和系統的發電，只要在負載的高峰期開起備用電源就可以辦到。有時候，負載的大小決定了需要使用混合能源供電系統，大的負載需要很大的電流和很高的電壓，如果只是使用太陽能或者風能，成本就會很高。

 

三、應用方案

 

1、市電+光伏和柴發組成

      正常時光伏并網發電減少市電使用；異常時（市電異常、市電功率限制、階梯電價），光伏和柴油發電機組并網帶載。

2、風能+光伏+儲能和柴發組成

      主要適用于海島發電站，如圖3所示。白天風能和光伏帶載并為儲能電池組充電；晚上風能和儲能電池組帶載，當儲能電池組電量不足時，柴油發電機組帶載。

3、光伏+柴發組成

      光伏和柴油發電機組共同帶載，根據負載功率調整光伏最大輸出功率,滿足發電機組最小帶載功率。

4、柴發+光伏和儲能組成

      適用于獨立別墅或者國外電網供電不穩或者電費較高的場景，如圖4所示。白天由光伏供電，多余電能給電池組充電；晚上由儲能供電，當電池電量低于設定值時啟動柴油發電機組。

 

圖3  海島混合能源發電站解決方案.

圖4  別墅混合能源發電站解決方案

 

5、直流發電機組+超級電容組成

      根據設置的平均功率和保留功率作為當前功率需求，控制直流發電機組開機臺數，保證直流發電機組的高效運行；母排電壓低時，超級電容放電，母排電壓正常時，超級電容不充不放，母排電壓高時，超級電容充電。

6、儲能+輔助充電（柴發+光伏）

      主要適用于通信基站使用，如圖5所示。由電池組提供直流電白天，由光伏給給蓄電池充電，市電提供備用。當市電異常且電池組電壓低于設置值時，控制器控制柴油發電機組起動為電池組充電。

7、市電+柴發+光伏和儲能組成

      適用于大型工業園區，如圖6所示。對供電需求較大，有可能面臨限電政策影響產能；或者是對峰谷電價差較為敏感的場景。

8、柴發+儲能組成

      適用于臨時供電場合；此處控制器HES9510相當于EMS，通過采集BMS、PCS、柴發控制器等信息，以PCS、柴油發電機組功率為控制對象，綜合下發控制指令。

 

圖5  通信基站混合能源發電站解決方案

圖6  工業園區混合能源發電站解決方案

 

總結：

      根據對全球能源需求的推算，以及由此而造成的有害氣體排放量的增加，足以說明邁向清潔能源技術的重要性。為此，減少全部或部分柴油發電型分布式電站對環境的影響至關重要。多年來，各種能源公司一直致力于開發節能解決方案和產品，以減少化石燃料的消耗并縮短維修時間。混合能源供電系統在可再生能源有效利用的同時，還可以減少大氣污染，增強環境保護，促進綠色能源發展，具有良好的社會效益和環境效益，尤其對無電、缺電和電力供應無法安全保障的區域或者設施作用更加明顯。

 

 

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