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柴油机混合能源发电系统的优点 |
摘要：由于全球气候变暖问题日益严重，各国纷纷提倡低碳经济，以节能减排为核心，提升能源使用效率，并发展可再生资源。风能和太阳能发电系统是目前技术开发最成熟的再生能源，但是风力资源的不确定性和太阳能的不连续性导致风力发电机和太阳能电池板输出的电能功率是脉动的和非连续的，不加以控制则无法直接应用。混合能源系统指基于太阳能、风能、柴油发电机组与市电能源混合为一体的能源系统，其不仅可以降低系统整体造价成本，还可以提高系统的供电保障率，其也可应用在村落、岛屿以及通讯基站的集中供电，满足负荷的用电需求。
一、混合能源概述
混合能源供电系统一般是指采用风力发电、光伏发电、柴油发电机组发电、蓄电池储能供电等混合供电，如图2所示。即采用风能发电、光伏发电、柴油发电机组发电和蓄电池组供电于一体的复合电力能源技术，能够充分利用太阳能和风能资源，替代或者补充蓄电池组和柴油发电机组发电所提供的电力，既可以直接给用电设备提供电力，又可以对蓄电池组进行充电，将不同的能源进行统一的控制器和调节调度，相互弥补其发电缺失，与单一能源发电相比，混合能源供电系统可以向客户端提供高质量的稳定电能。系统具有节省燃油消耗、减少物资供给、减轻运输压力、保障安全供电、延长供电时间和节约成本等优点，系统可以根据当地环境自然条件和用电设备的电力消耗情况适当配置，安装快捷、移动方便，是非常理想的能源供电设备，适用于无市电或市电不稳定，而当地太阳能或风能资源丰富的固定或者移动的用电场所。
混合能源供电系统的特点在于将新能源发电技术与传统能源发电技术相结合，根据风、光、柴、蓄混合发电系统的技术指标和经济指标与系统调度策略的关系，确定系统能量的智能最优调度策略。系统模块化的结构设计和集成设计，具备良好的兼容性和冗余设计，多种结构可以自由组合，有风光柴蓄、风柴蓄、光柴蓄和柴蓄混合等方式。组成系统如图1、图2所示。
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图1 微电网组成系统图 |
图2 典型混合能源供电系统框图 |
二、混合能源优点
使用混合能源供电系统的目的就是为了综合利用几种发电技术的优点，避免各自的缺点。其优点如下：
1、对可再生能源的更好利用
因为可再生能源是变化的、不稳定的，所以系统必须按照最差的工况进行设计。在太阳辐射最高峰时期产生的多余电量因无法使用而浪费掉，使得整个系统的经济性能降低，配备蓄电池储能系统后，可以使可再生能源最大化利用。
2、具有较高的系统实用性
因为可再生能源的变化在独立系统中具有不稳定性，一旦出现较长时间的连续阴雨天气，系统供电就不能满足负载的需求，从而导致停电或者蓄电池过放电现象，影响整个供电系统的实用性。而混合系统中的各能源可无缝切换，大大降低了负载断电率。
3、提高稳定性和可靠性
利用太阳能、风能的互补特性，再加上柴油发电机组作为备用发电设备，大大提高了系统的稳定性和可靠性，在保证同样供电的情况下，可以减小储能蓄电池的容量，大幅度降低了系统的成本。
4、降低运营成本
与单用柴油发电机的系统相比，具有较低的维护和运行费用。同时在混合能源供电系统中可以进行综合控制，使柴油发电机组在额定功率附近工作，提高了燃油效率。
5、获得经济效益
对系统进行合理的设计和匹配，基本上可以由风、光发电系统供电，很少起用备用电源（柴油发电机组），可以获得较好的经济效益。
6、负载匹配更佳
使用混合能源供电系统后，柴油发电机组可以即时提供较大的功率，所以混合能源供电系统可适用于范围更加广泛的负载系统，例如可以使用较大的交流负载、冲击负载等。还可以更好地匹配负载和系统的发电，只要在负载的高峰期开起备用电源就可以办到。有时候，负载的大小决定了需要使用混合能源供电系统，大的负载需要很大的电流和很高的电压，如果只是使用太阳能或者风能，成本就会很高。
三、应用方案
1、市电+光伏和柴发组成
正常时光伏并网发电减少市电使用；异常时（市电异常、市电功率限制、阶梯电价），光伏和柴油发电机组并网带载。
2、风能+光伏+储能和柴发组成
主要适用于海岛发电站，如图3所示。白天风能和光伏带载并为储能电池组充电；晚上风能和储能电池组带载，当储能电池组电量不足时，柴油发电机组带载。
3、光伏+柴发组成
光伏和柴油发电机组共同带载，根据负载功率调整光伏最大输出功率,满足发电机组最小带载功率。
4、柴发+光伏和储能组成
适用于独立别墅或者国外电网供电不稳或者电费较高的场景，如图4所示。白天由光伏供电，多余电能给电池组充电；晚上由储能供电，当电池电量低于设定值时启动柴油发电机组。
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图3 海岛混合能源发电站解决方案. |
图4 别墅混合能源发电站解决方案 |
5、直流发电机组+超级电容组成
根据设置的平均功率和保留功率作为当前功率需求，控制直流发电机组开机台数，保证直流发电机组的高效运行；母排电压低时，超级电容放电，母排电压正常时，超级电容不充不放，母排电压高时，超级电容充电。
6、储能+辅助充电（柴发+光伏）
主要适用于通信基站使用，如图5所示。由电池组提供直流电白天，由光伏给给蓄电池充电，市电提供备用。当市电异常且电池组电压低于设置值时，控制器控制柴油发电机组起动为电池组充电。
7、市电+柴发+光伏和储能组成
适用于大型工业园区，如图6所示。对供电需求较大，有可能面临限电政策影响产能；或者是对峰谷电价差较为敏感的场景。
8、柴发+储能组成
适用于临时供电场合；此处控制器HES9510相当于EMS，通过采集BMS、PCS、柴发控制器等信息，以PCS、柴油发电机组功率为控制对象，综合下发控制指令。
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图5 通信基站混合能源发电站解决方案 |
图6 工业园区混合能源发电站解决方案 |
总结：
根据对全球能源需求的推算，以及由此而造成的有害气体排放量的增加，足以说明迈向清洁能源技术的重要性。为此，减少全部或部分柴油发电型分布式电站对环境的影响至关重要。多年来，各种能源公司一直致力于开发节能解决方案和产品，以减少化石燃料的消耗并缩短维修时间。混合能源供电系统在可再生能源有效利用的同时，还可以减少大气污染，增强环境保护，促进绿色能源发展，具有良好的社会效益和环境效益，尤其对无电、缺电和电力供应无法安全保障的区域或者设施作用更加明显。
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