一種光柴儲放結合的智能微電網電源系統

陳主全

摘要：電力是國民生產以及生活的基礎;電力發展決定著社會和經濟發展。

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

關鍵詞：電力;光伏;柴油;儲能;充電

為保障人類長期、穩定的電力供應，必須優化目前化石能源為主體的能源結構，創建資源無盡、能夠重生新的能源結構，走持久發展之路。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、無污染的太陽能轉換為電能的太陽能發電，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量與裝機數量以每年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量已達到4300MW左右。相關人士預測到21世紀中，太陽能發電或將成為眾多發電方式中的主要一個，在全球可持久發展的能源中占有一席之地。【1】

一、系統總體方案

本系統同時兼顧多種發電模式給用戶供電，系統裝設一套智能能量管理系統從而協調光伏發電、儲能充放電、負荷運行在極佳模式下。本微網以光能發電為主，柴油補電為輔，利用太陽電池將光能直接轉換為電能。當在光照充足的情況下，該光伏系統能夠提供充足的電力供用戶使用，能量管理系統協調剩余的電量通過免維護的蓄電池存儲起來。當在光照強度弱的白天或者無光照的夜晚，能量管理系統協調以蓄電池放電為主，柴油發電為輔，給用戶供電。保證為用戶提供更方便、快捷、安全的用電。考慮偏遠鐵路沿線、基站、獨立海島等地區交通不便，我們采用化整為零的方案，設計選型時盡量選擇體積小，重量輕的設備，把系統分成便于運輸的幾部分。

二、光伏發電是主要的供電來源

據研究顯示太陽照射到地面上的太陽能每年可高達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小時到達地球表面的能量便可滿足全球1年的電力供應。參考目前太陽質量消耗速度算，太陽內部的熱反應維持600×108a毫無壓力 ，相對于人類發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。全國一半以上地區年均日照小時數大于1900小時。在偏遠地區和集中電網達不到的地區 ，利用太陽能發電是一條可行的途徑。【2】

光伏發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太陽能電池板。同時光伏發電清潔無污染，完全零排放。基于以上優勢，本系統選擇光伏發電作為主要的供電來源。本微電網系統共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塊太陽能電池板經過4平方的1000V光伏專用直流電纜串聯，達到一定的額定電壓（655V）和額定功率（5670W），再并聯同樣一路后，直接接入二合一匯流裝置，從而使光伏系統額定功率達到11.3KW，同時將匯流裝置經過16平方的光伏專用直流電纜接入10kW的離網逆變器，將直流電轉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、多余電量儲存是關鍵

儲能的方式多種多樣，除了大家熟知的高水位蓄能、化學儲能之外，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，而且各有各的優勢和長處所在。如何選擇儲能介質也是本系統的重點，本系統從經濟實用性考慮，經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的蓄電池串聯為電壓600V，容量20kWh（本文系統容量為20kWh，不同項目依據實際情況而定）的儲能系統接入雙向儲能變流器。當光照強度充足時，光伏發電功率大于用電功率，此時智能能量管理系統發揮作用，將多余電量經過雙向儲能變流器充進蓄電池將能量儲存起來，當光照強度無法滿足光伏發電所供的用戶負荷時，蓄電池做為電源系統經過雙向儲能變流器放電，補充光伏發電功率的不足，用來滿足用戶的用電負荷，從而保證用戶用電的穩定性。

四、柴油發電是本系統的后備保障

柴油發電是以柴油機組做為電力輸出，它是目前世界上應用非常廣泛的發電設備，主要用作重點單位（如銀行、醫院、學校、基站等不允許停電的地方）或住宅的應急備用電源;大電網不能架設的地區或不適合建電廠的地區生產、生活所需的獨立供電電源等。【3】

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

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

參考文獻：

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

[2]唐振華，蘇亞欣，毛玉如.關于開發新能源替代化石能源的思考.能源與環境，2015（02）：11.

[3]楊貴恒，張海呈，張壽珍，鐘進.柴油發電機組實用技術技能.化學工業出版社，2013：1.

作者單位：襄陽國鐵機股份有限公司