一种光柴储放结合的智能微电网电源系统

陈主全

摘要：电力是国民生产以及生活的基础;电力发展决定着社会和经济发展。

亦是我国经济发展的重点。电网强大代表的是一种先进生产力，电力发展对促进社会经济发展和进步起到了举足轻重的作用。它是国家安全的战略保障，同时与人们的平常生活、社会稳定密切相关。本文主要是结合无人铁路沿线、基站、偏远地区、高海拔地区、独立海岛等缺电无电地区用电困难等问题，提出了主要利用10kW光伏发电加柴油补电，结合20kWh蓄电池储能这一简单，稳定的智能微电网系统方案，以期为以上地区提供供电参考。（以上光伏和蓄电池容量为参考值，具体以实际项目而定）

关键词：电力;光伏;柴油;储能;充电

为保障人类长期、稳定的电力供应，必须优化目前化石能源为主体的能源结构，创建资源无尽、能够重生新的能源结构，走持久发展之路。为保护人类美好的家园，必须减少化石能源的消耗，并重点开发利用洁净的新型能源和可再利用能源，走绿色能源之路。

通过太阳能电池将资源无尽、无污染的太阳能转换为电能的太阳能发电，是新能源及可重生能源家庭的重要一员。近些年，全球太阳能组件的产量与装机数量以每年32%左右的速度快速增长，截止2004年底全世界光伏的总装机数量已达到4300MW左右。相关人士预测到21世纪中，太阳能发电或将成为众多发电方式中的主要一个，在全球可持久发展的能源中占有一席之地。【1】

一、系统总体方案

本系统同时兼顾多种发电模式给用户供电，系统装设一套智能能量管理系统从而协调光伏发电、储能充放电、负荷运行在极佳模式下。本微网以光能发电为主，柴油补电为辅，利用太阳电池将光能直接转换为电能。当在光照充足的情况下，该光伏系统能够提供充足的电力供用户使用，能量管理系统协调剩余的电量通过免维护的蓄电池存储起来。当在光照强度弱的白天或者无光照的夜晚，能量管理系统协调以蓄电池放电为主，柴油发电为辅，给用户供电。保证为用户提供更方便、快捷、安全的用电。考虑偏遠铁路沿线、基站、独立海岛等地区交通不便，我们采用化整为零的方案，设计选型时尽量选择体积小，重量轻的设备，把系统分成便于运输的几部分。

二、光伏发电是主要的供电来源

据研究显示太阳照射到地面上的太阳能每年可高达1.05×1016GWh ，垂直地球表面上的太阳总辐射强度平均值大概为1352W/m2，每0.25小时到达地球表面的能量便可满足全球1年的电力供应。参考目前太阳质量消耗速度算，太阳内部的热反应维持600×108a毫无压力 ，相对于人类发展历史的有限年代而言 ，可以说是“无穷无尽”的能源。我国是光照资源较丰富的国家，光照辐射总量在 3300～8400×103kJ/m2.a之间。全国一半以上地区年均日照小时数大于1900小时。在偏远地区和集中电网达不到的地区 ，利用太阳能发电是一条可行的途径。【2】

光伏发电不受地域及空间限制，只要有阳光的地方无论是陆地、山地或者屋顶亦或者是水面均可以铺设太阳能电池板。同时光伏发电清洁无污染，完全零排放。基于以上优势，本系统选择光伏发电作为主要的供电来源。本微电网系统共36块315W光伏电池板，单块最大功率点工作电压36.4V，开路电压45V，每18块太阳能电池板经过4平方的1000V光伏专用直流电缆串联，达到一定的额定电压（655V）和额定功率（5670W），再并联同样一路后，直接接入二合一汇流装置，从而使光伏系统额定功率达到11.3KW，同时将汇流装置经过16平方的光伏专用直流电缆接入10kW的离网逆变器，将直流电转换为用户可以直接使用的220V或者380V交流电，而后使用16平方的交流电缆将该交流电接入4进（光伏逆变器一路，柴油发电机一路，蓄电池一路，备用一路）4出的配电装置，进而满足用户的用电需求。

三、多余电量储存是关键

储能的方式多种多样，除了大家熟知的高水位蓄能、化学储能之外，还有飞轮储能、压缩气体储能、相变储能等等。这些形形色色储能方式不但原理不一，而且各有各的优势和长处所在。如何选择储能介质也是本系统的重点，本系统从经济实用性考虑，经过量体裁衣选用最适宜的储能方式，选择免维护，体积适中的电池做为电能的储存，采用50块单体12V/33Ah的蓄电池串联为电压600V，容量20kWh（本文系统容量为20kWh，不同项目依据实际情况而定）的储能系统接入双向储能变流器。当光照强度充足时，光伏发电功率大于用电功率，此时智能能量管理系统发挥作用，将多余电量经过双向储能变流器充进蓄电池将能量储存起来，当光照强度无法满足光伏发电所供的用户负荷时，蓄电池做为电源系统经过双向储能变流器放电，补充光伏发电功率的不足，用来满足用户的用电负荷，从而保证用户用电的稳定性。

四、柴油发电是本系统的后备保障

柴油发电是以柴油机组做为电力输出，它是目前世界上应用非常广泛的发电设备，主要用作重点单位（如银行、医院、学校、基站等不允许停电的地方）或住宅的应急备用电源;大电网不能架设的地区或不适合建电厂的地区生产、生活所需的独立供电电源等。【3】

本系统考虑到因天气原因造成光伏发电无法运行、蓄电池无存电或发电功率无法满足负荷要求时，特考虑加入了5kW的柴油发电装置对光伏发电进行补充或者直接供电，达到互补备用的目的。

总之，采用光伏新能源为主电源，配以蓄电池储能充放电，结合柴油发电互补的模式在无电或缺电地区是行之有效的方法，即解决了用电问题也保护了人类耐以生存的环境

参考文献：

[1]王长贵，王斯成.太阳能光伏发电实用技术（第二版）.化学工业出版社，2009.9：前言.

[2]唐振华，苏亚欣，毛玉如.关于开发新能源替代化石能源的思考.能源与环境，2015（02）：11.

[3]杨贵恒，张海呈，张寿珍，钟进.柴油发电机组实用技术技能.化学工业出版社，2013：1.

作者单位：襄阳国铁机股份有限公司