一種光柴儲放結(jié)合的智能微電網(wǎng)電源系統(tǒng)

陳主全

摘要：電力是國民生產(chǎn)以及生活的基礎(chǔ);電力發(fā)展決定著社會和經(jīng)濟發(fā)展。

亦是我國經(jīng)濟發(fā)展的重點。電網(wǎng)強大代表的是一種先進生產(chǎn)力，電力發(fā)展對促進社會經(jīng)濟發(fā)展和進步起到了舉足輕重的作用。它是國家安全的戰(zhàn)略保障，同時與人們的平常生活、社會穩(wěn)定密切相關(guān)。本文主要是結(jié)合無人鐵路沿線、基站、偏遠(yuǎn)地區(qū)、高海拔地區(qū)、獨立海島等缺電無電地區(qū)用電困難等問題，提出了主要利用10kW光伏發(fā)電加柴油補電，結(jié)合20kWh蓄電池儲能這一簡單，穩(wěn)定的智能微電網(wǎng)系統(tǒng)方案，以期為以上地區(qū)提供供電參考。（以上光伏和蓄電池容量為參考值，具體以實際項目而定）

關(guān)鍵詞：電力;光伏;柴油;儲能;充電

為保障人類長期、穩(wěn)定的電力供應(yīng)，必須優(yōu)化目前化石能源為主體的能源結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建資源無盡、能夠重生新的能源結(jié)構(gòu)，走持久發(fā)展之路。為保護人類美好的家園，必須減少化石能源的消耗，并重點開發(fā)利用潔凈的新型能源和可再利用能源，走綠色能源之路。

通過太陽能電池將資源無盡、無污染的太陽能轉(zhuǎn)換為電能的太陽能發(fā)電，是新能源及可重生能源家庭的重要一員。近些年，全球太陽能組件的產(chǎn)量與裝機數(shù)量以每年32%左右的速度快速增長，截止2004年底全世界光伏的總裝機數(shù)量已達(dá)到4300MW左右。相關(guān)人士預(yù)測到21世紀(jì)中，太陽能發(fā)電或?qū)⒊蔀楸姸喟l(fā)電方式中的主要一個，在全球可持久發(fā)展的能源中占有一席之地?！?】

一、系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)同時兼顧多種發(fā)電模式給用戶供電，系統(tǒng)裝設(shè)一套智能能量管理系統(tǒng)從而協(xié)調(diào)光伏發(fā)電、儲能充放電、負(fù)荷運行在極佳模式下。本微網(wǎng)以光能發(fā)電為主，柴油補電為輔，利用太陽電池將光能直接轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)在光照充足的情況下，該光伏系統(tǒng)能夠提供充足的電力供用戶使用，能量管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)剩余的電量通過免維護的蓄電池存儲起來。當(dāng)在光照強度弱的白天或者無光照的夜晚，能量管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)以蓄電池放電為主，柴油發(fā)電為輔，給用戶供電。保證為用戶提供更方便、快捷、安全的用電?？紤]偏遠(yuǎn)鐵路沿線、基站、獨立海島等地區(qū)交通不便，我們采用化整為零的方案，設(shè)計選型時盡量選擇體積小，重量輕的設(shè)備，把系統(tǒng)分成便于運輸?shù)膸撞糠帧?/p>

二、光伏發(fā)電是主要的供電來源

據(jù)研究顯示太陽照射到地面上的太陽能每年可高達(dá)1.05×1016GWh ，垂直地球表面上的太陽總輻射強度平均值大概為1352W/m2，每0.25小時到達(dá)地球表面的能量便可滿足全球1年的電力供應(yīng)。參考目前太陽質(zhì)量消耗速度算，太陽內(nèi)部的熱反應(yīng)維持600×108a毫無壓力 ，相對于人類發(fā)展歷史的有限年代而言 ，可以說是“無窮無盡”的能源。我國是光照資源較豐富的國家，光照輻射總量在 3300～8400×103kJ/m2.a之間。全國一半以上地區(qū)年均日照小時數(shù)大于1900小時。在偏遠(yuǎn)地區(qū)和集中電網(wǎng)達(dá)不到的地區(qū) ，利用太陽能發(fā)電是一條可行的途徑。【2】

光伏發(fā)電不受地域及空間限制，只要有陽光的地方無論是陸地、山地或者屋頂亦或者是水面均可以鋪設(shè)太陽能電池板。同時光伏發(fā)電清潔無污染，完全零排放?；谝陨蟽?yōu)勢，本系統(tǒng)選擇光伏發(fā)電作為主要的供電來源。本微電網(wǎng)系統(tǒng)共36塊315W光伏電池板，單塊最大功率點工作電壓36.4V，開路電壓45V，每18塊太陽能電池板經(jīng)過4平方的1000V光伏專用直流電纜串聯(lián)，達(dá)到一定的額定電壓（655V）和額定功率（5670W），再并聯(lián)同樣一路后，直接接入二合一匯流裝置，從而使光伏系統(tǒng)額定功率達(dá)到11.3KW，同時將匯流裝置經(jīng)過16平方的光伏專用直流電纜接入10kW的離網(wǎng)逆變器，將直流電轉(zhuǎn)換為用戶可以直接使用的220V或者380V交流電，而后使用16平方的交流電纜將該交流電接入4進（光伏逆變器一路，柴油發(fā)電機一路，蓄電池一路，備用一路）4出的配電裝置，進而滿足用戶的用電需求。

三、多余電量儲存是關(guān)鍵

儲能的方式多種多樣，除了大家熟知的高水位蓄能、化學(xué)儲能之外，還有飛輪儲能、壓縮氣體儲能、相變儲能等等。這些形形色色儲能方式不但原理不一，而且各有各的優(yōu)勢和長處所在。如何選擇儲能介質(zhì)也是本系統(tǒng)的重點，本系統(tǒng)從經(jīng)濟實用性考慮，經(jīng)過量體裁衣選用最適宜的儲能方式，選擇免維護，體積適中的電池做為電能的儲存，采用50塊單體12V/33Ah的蓄電池串聯(lián)為電壓600V，容量20kWh（本文系統(tǒng)容量為20kWh，不同項目依據(jù)實際情況而定）的儲能系統(tǒng)接入雙向儲能變流器。當(dāng)光照強度充足時，光伏發(fā)電功率大于用電功率，此時智能能量管理系統(tǒng)發(fā)揮作用，將多余電量經(jīng)過雙向儲能變流器充進蓄電池將能量儲存起來，當(dāng)光照強度無法滿足光伏發(fā)電所供的用戶負(fù)荷時，蓄電池做為電源系統(tǒng)經(jīng)過雙向儲能變流器放電，補充光伏發(fā)電功率的不足，用來滿足用戶的用電負(fù)荷，從而保證用戶用電的穩(wěn)定性。

四、柴油發(fā)電是本系統(tǒng)的后備保障

柴油發(fā)電是以柴油機組做為電力輸出，它是目前世界上應(yīng)用非常廣泛的發(fā)電設(shè)備，主要用作重點單位（如銀行、醫(yī)院、學(xué)校、基站等不允許停電的地方）或住宅的應(yīng)急備用電源;大電網(wǎng)不能架設(shè)的地區(qū)或不適合建電廠的地區(qū)生產(chǎn)、生活所需的獨立供電電源等?！?】

本系統(tǒng)考慮到因天氣原因造成光伏發(fā)電無法運行、蓄電池?zé)o存電或發(fā)電功率無法滿足負(fù)荷要求時，特考慮加入了5kW的柴油發(fā)電裝置對光伏發(fā)電進行補充或者直接供電，達(dá)到互補備用的目的。

總之，采用光伏新能源為主電源，配以蓄電池儲能充放電，結(jié)合柴油發(fā)電互補的模式在無電或缺電地區(qū)是行之有效的方法，即解決了用電問題也保護了人類耐以生存的環(huán)境

參考文獻(xiàn)：

[1]王長貴，王斯成.太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù)（第二版）.化學(xué)工業(yè)出版社，2009.9：前言.

[2]唐振華，蘇亞欣，毛玉如.關(guān)于開發(fā)新能源替代化石能源的思考.能源與環(huán)境，2015（02）：11.

[3]楊貴恒，張海呈，張壽珍，鐘進.柴油發(fā)電機組實用技術(shù)技能.化學(xué)工業(yè)出版社，2013：1.

作者單位：襄陽國鐵機股份有限公司