1.1 柴油發(fā)電機(jī)組的技術(shù)發(fā)展歷程
柴油發(fā)電機(jī)組是一種能源轉(zhuǎn)換設(shè)備,它是將熱能(燃汕通過燃燒)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能(發(fā)動(dòng)
機(jī)旋轉(zhuǎn)),再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備,燃油是其原料,電能是其產(chǎn)品。
1897年全世界第一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)誕生于德國(guó)的奧格斯堡(Augsburg),是由MAN公司的
創(chuàng)始人Rudolf Diesel 發(fā)明的。目前,柴油機(jī)的英文名字即為創(chuàng)始人的姓名 Diesel
從1897年第一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組誕生到現(xiàn)在的一百多年時(shí)間里,柴油發(fā)電機(jī)組的技術(shù)發(fā)展
一直與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)發(fā)展及控制技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。前50年技術(shù)進(jìn)步相對(duì)緩慢。后50
年來隨著柴油機(jī)技術(shù)水平的快速發(fā)展和機(jī)組控制技術(shù)的不斷更新?lián)Q代,柴油發(fā)電機(jī)組從20世
紀(jì)60年代使用的手啟動(dòng)、機(jī)房固定安裝的普通機(jī)組,到70年代研制成功了自啟動(dòng)機(jī)組,80
年代研制成功了微型計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化無(wú)人值守機(jī)組,到90年代開始研制低噪聲排放的機(jī)
組,2000年后注重噪聲和尾氣排放環(huán)境保護(hù)。最近幾年,隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,柴油發(fā)電
機(jī)組智能控制也朝云監(jiān)控方向發(fā)展。 從而使柴油發(fā)電機(jī)組的技術(shù)裝備水平不斷提高,現(xiàn)代柴油
發(fā)電機(jī)組具有靈活、方便、自動(dòng)化程度高、噪聲小和排放低等優(yōu)點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)
展,一些新技術(shù)、新成果的應(yīng)用使得現(xiàn)代柴油發(fā)電機(jī)組具有更高的適用性、可靠性、安全性以
及良好的環(huán)保特性,將不斷滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的更高要求。
1.2 柴油發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)
柴油發(fā)電機(jī)組是一種機(jī)電一體化設(shè)備,它由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、交流發(fā)電機(jī)和機(jī)組控制系統(tǒng)三大
部件組成，包括前端的供
油系統(tǒng)和后端的輸配電系統(tǒng),組成一個(gè)完
整的電站系統(tǒng)。 其技術(shù)涉及機(jī)械動(dòng)力學(xué)、
電學(xué)、自動(dòng)化控制等各個(gè)領(lǐng)域。
柴油發(fā)電機(jī)組是一種成套發(fā)電設(shè)備。
柴油機(jī)電站可以是單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組自成
體系獨(dú)立發(fā)電、供電,也可多臺(tái)柴油發(fā)電
機(jī)組并列發(fā)電、供電。 在這個(gè)系統(tǒng)中,只
要保證燃油供應(yīng),就可不間斷地輸出電能。
在柴油發(fā)電機(jī)組的各主要部件中,柴
油機(jī)有著最為重要的地位,這不僅是因?yàn)?br /> 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的價(jià)值最高,而且也是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)
油發(fā)動(dòng)機(jī)是整個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組的心臟,在
能源轉(zhuǎn)換過程中發(fā)揮著主要的作用。 只有優(yōu)質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)、優(yōu)質(zhì)的發(fā)電機(jī)、優(yōu)質(zhì)的控制系統(tǒng)和優(yōu)質(zhì)的成套工藝才能組成最優(yōu)質(zhì)的發(fā)電機(jī)組。
1.3柴油發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)
柴油發(fā)電機(jī)組是集柴油機(jī),發(fā)電機(jī)和自動(dòng)控制等名個(gè)學(xué)科領(lǐng)域相交叉的技術(shù),柴油發(fā)電機(jī)
組是以柴油機(jī)為動(dòng)力的發(fā)電設(shè)備,它與常用的蒸汽發(fā)電機(jī)組 水輪發(fā)電機(jī)組,燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)
組,原子能發(fā)電機(jī)組等發(fā)電設(shè)備相比較,具有結(jié)構(gòu)緊湊 占地面積小,熱效率高,啟動(dòng)迅速,
控制靈活以及燃料儲(chǔ)存容易等優(yōu)點(diǎn)。
(1)單機(jī)容量等級(jí)多
柴油發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量從幾千瓦至幾萬(wàn)千瓦,目前國(guó)產(chǎn)機(jī)組最大單機(jī)容量為幾千千瓦.
用作船舶、郵電、高層建筑、工礦企業(yè)、軍事設(shè)施的常用、應(yīng)急和備用發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量,
可選擇的容量范圍大,具有適用于多種容量用電負(fù)荷的優(yōu)勢(shì)。
采用柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急和備用電源時(shí),可采用一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)組,裝機(jī)容量根據(jù)實(shí)際需
要靈活配置。
(2)配套設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,單位功率重最輕,安裝地點(diǎn)靈活
柴油發(fā)電機(jī)組的配套設(shè)備比較簡(jiǎn)單，輔助設(shè)備少、體積小、重最輕。以高速柴油機(jī)為例，功率重量比一般在8~20kg/kW，而蒸汽動(dòng)力裝置比柴油發(fā)電機(jī)的這項(xiàng)指標(biāo)大4倍以上。與水輪機(jī)組需建水壩、蒸汽機(jī)組需配置鍋爐，燃料儲(chǔ)備和水處理系統(tǒng)等比較,柴油發(fā)電機(jī)組具有占地面積小、建設(shè)速度快和投資費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。
常用發(fā)電機(jī)組通常采用獨(dú)立配置方式，一般不與外(市)電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行。而備用發(fā)電機(jī)
組或應(yīng)急發(fā)電機(jī)組一般與變配電設(shè)備配合使用,機(jī)組占地面積小,安裝地點(diǎn)靈活。
(3)熱效率高，燃油消耗低
柴油機(jī)是目前熱效率最高的熱力發(fā)動(dòng)機(jī),其有效熱效率為30%~46%,高壓蒸汽輪機(jī)約為
20%~40%,燃?xì)廨啓C(jī)約為20%~30%,因此柴油發(fā)電機(jī)組的燃油消耗較低。
(4)啟動(dòng)迅速、并能很快達(dá)到全功率
柴油機(jī)的啟動(dòng)一般只需幾秒鐘,在應(yīng)急狀態(tài)下可在1min 內(nèi)達(dá)到全負(fù)載運(yùn)行;在正常工作
狀態(tài)下約在5~30min內(nèi)達(dá)到全負(fù)載,而蒸汽動(dòng)力裝置從啟動(dòng)到全負(fù)載一般需要3~4h。 柴油
機(jī)的停機(jī)過程也很短,緊急狀態(tài)可即時(shí)停機(jī),正常狀態(tài)的停機(jī)過程不超過3min,可以頻繁起
停。所以柴油發(fā)電機(jī)組很適合作為應(yīng)急發(fā)電機(jī)組或備用發(fā)電機(jī)組。
(5)維護(hù)操作簡(jiǎn)單,所需操作人員少,在備用期間的保養(yǎng)容易
(6)柴油發(fā)電機(jī)組的建設(shè)與發(fā)電的綜合成本最低
柴油發(fā)電機(jī)組中的柴油機(jī)一般為四沖程、水冷、中高速內(nèi)燃機(jī)。燃用不可再生的柴油或在
柴油中摻燒乙醇、生物柴油、壓縮天然氣(CNG)和液化石油氣(LPG)等可再生能源以節(jié)
省能源和保護(hù)環(huán)境。 柴油機(jī)燃燒后的排放物主要為CO,HC,PM(顆粒)污染環(huán)境,而且排
氣噪聲較大。盡管如此,柴油發(fā)電機(jī)組與水力、風(fēng)力、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電以及核能、火
力發(fā)電等相比較,具有非常明顯的優(yōu)勢(shì):柴油發(fā)電機(jī)組的建設(shè)與發(fā)電的綜合成本最低。
1.4柴油發(fā)電機(jī)組的分類
1.按用途分類
(1)自備電源
某些用電單位沒有網(wǎng)電供應(yīng),如遠(yuǎn)離大陸的海島,偏遠(yuǎn)的牧區(qū),農(nóng)村、荒漠高原的軍營(yíng)、工作站等;還有些用電單位雖然有網(wǎng)電供應(yīng),但供應(yīng)極不正常,往往因?yàn)榧竟?jié)和惡劣天氣或線
路故障等原因停止供電,這些用電單位,就需要配置自備電源。所謂自備電源,就是自發(fā)自用
的電源,在需要電功率不太大的情況下,柴油發(fā)電機(jī)組往往成為自備電源的首選。
(2)備用電源
備用電源也稱應(yīng)急電源。 主要用途是某些用電單位雖然已有比較穩(wěn)定可靠的網(wǎng)電供應(yīng),但
為了防止意外情況,如出現(xiàn)電路故障或發(fā)生臨時(shí)停電等,仍配置自備電源作應(yīng)急發(fā)電使用?？?br /> 見,備用電源實(shí)際上也是自備電源的一種,只不過它不被作為主電源使用,而僅僅在緊急的情
況下作為一種應(yīng)急使用。 使用備用電源的用電單位一般對(duì)供電保障的要求比較高,甚至不允許
有一分一秒的停電,必須在網(wǎng)電終止供電的瞬間就用自備發(fā)電來保障供電,否則就會(huì)造成巨大
損失。這類單位包括一些傳統(tǒng)的高供電保障單位,如醫(yī)院、礦山、電廠保安電源,使用電加熱
設(shè)備的工廠等; 近年來,網(wǎng)絡(luò)保護(hù)電源已成為備用電源需求的新增長(zhǎng)點(diǎn),如電信行業(yè)、銀行、
機(jī)場(chǎng)、指揮中心,數(shù)據(jù)庫(kù),高速公路、高等級(jí)賓館、寫字樓和高級(jí)餐飲娛樂場(chǎng)所等,正日益成
為備用電源使用的主體。
(3)調(diào)峰電源
調(diào)峰電源的用途是彌補(bǔ)網(wǎng)電供應(yīng)之不足。在網(wǎng)電供應(yīng)不足的情況下，用電高峰時(shí)段就會(huì)產(chǎn)生電力短缺，網(wǎng)電使用受到限制，供電部門不得已到處拉閘限電，這時(shí)，就需要調(diào)峰電源加以彌補(bǔ)。設(shè)置調(diào)峰電源通常應(yīng)是公共供電部門的工作，但是，在中國(guó)由于電力供應(yīng)階段性地呈現(xiàn)出整體供不應(yīng)求的局面，用電單位只能自行解決調(diào)峰問題。調(diào)峰電源小型化為使用柴油發(fā)電機(jī)組提供了可能。
(4) 移動(dòng)電源
移動(dòng)電源就是沒有固定的使用地點(diǎn)，而被到處轉(zhuǎn)移使用的發(fā)電設(shè)備。柴油發(fā)電機(jī)組由于輕便靈活、易操作的特點(diǎn)，而成為移動(dòng)電源的首選。移動(dòng)電源一般 被設(shè)計(jì)為電源車輛的形式，有自行電源車輛，也有拖車電源車輛。使用移動(dòng)電源的用電單位，大都具有流動(dòng)工作的性質(zhì)，如油田、地質(zhì)勘探、野外工程施工、探險(xiǎn)、野炊、流動(dòng)指揮所、火車、輪船、貨運(yùn)集裝箱的電源車廂(倉(cāng))等，也有一些移動(dòng)電源具有應(yīng)急電源的性質(zhì)，如城市供電部門的應(yīng)急供電車，供水、供氣部門的工程搶險(xiǎn)車、搶修車等。
可以看出，以上柴油發(fā)電機(jī)組的4種用途，是因應(yīng)社會(huì)發(fā)展的不同階段而產(chǎn)生的，其中，自備電源和調(diào)峰電源是因?yàn)楣╇娫O(shè)施建設(shè)落后或電力供應(yīng)能力不足而產(chǎn)生的用電需求，是社會(huì)不夠發(fā)展的結(jié)果;而備用電源和移動(dòng)電源是因?yàn)楣╇姳Ｕ弦蟮奶岣吆凸╇姺秶粩鄶U(kuò)大而產(chǎn)生的用電需求，是社會(huì)發(fā)展的結(jié)果。因此，如果從社會(huì)發(fā)展的角度來審視柴油發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品的市場(chǎng)用途，可以說作為自備電源和調(diào)峰電源是其過渡性用途，而作為備用電源和移動(dòng)電源則是其長(zhǎng)期用途。
2.按控制方式分類
柴油發(fā)電機(jī)組按控制方式可分為手動(dòng)、自動(dòng)、遙控和并車等4種類型。
(1)手動(dòng)機(jī)組
手動(dòng)控制的柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，要求配備操作人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行啟動(dòng)、合閘、分閘、停機(jī)等的操作。
(2) 自動(dòng)機(jī)組
自動(dòng)控制的柴油發(fā)電機(jī)組一般作為備用機(jī)組，具有自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)停機(jī)的功能。如果配備了ATS自動(dòng)切換系統(tǒng)便可實(shí)現(xiàn)負(fù)載在市電供電和柴油發(fā)電機(jī)組供電之間的自動(dòng)切換，保障負(fù)載電力的持續(xù)供應(yīng)。自動(dòng)控制柴油發(fā)電機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)是大大減少了對(duì)操作人員的依賴性，并縮短市電中斷至由機(jī)組供電之間的中斷時(shí)間。
(3)遙控機(jī)組
遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組，俗稱“三遙”機(jī)組或帶智能接口機(jī)組。采用微機(jī)控制技術(shù)，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組實(shí)行全面自動(dòng)控制，并由串行通信接口(RS232、 RS485 或RS422)實(shí)現(xiàn)中心站對(duì)分散于各處的機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)的遙控、遙信、遙測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守?？勺鳛猷]電通信設(shè)備的應(yīng)急備用電源，亦可用作智能化大樓的應(yīng)急備用電源。
(4)并車機(jī)組
當(dāng)某些情況要求多臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)供電或者機(jī)組與市電并聯(lián)供電時(shí)，就需要采用并車機(jī)組。并車機(jī)組采用先進(jìn)的全自動(dòng)并車控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組與機(jī)組，機(jī)組與市電間的自動(dòng)同步、并聯(lián)，聯(lián)合對(duì)負(fù)載供應(yīng)電力。
3.按外觀構(gòu)造分類
柴油發(fā)電機(jī)組按外觀構(gòu)造可分為基本型機(jī)組、防音型機(jī)組、掛車機(jī)組、車載機(jī)組、集裝箱(又稱方艙)機(jī)組等五種類型機(jī)組。
(1) 基本型機(jī)組
基本型機(jī)組就是與發(fā)電機(jī)組配套運(yùn)行的最基本的機(jī)組。
(2)防音型機(jī)組
防音型機(jī)組與基本型機(jī)組的本質(zhì)區(qū)別是機(jī)組外部加裝了金屬防音箱，消聲器內(nèi)置，降低了機(jī)組噪聲。適用于要求噪聲低的特殊應(yīng)用場(chǎng)合，如:辦公地點(diǎn)、學(xué)校、醫(yī)院等。
(3)掛車機(jī)組
掛車機(jī)組是在防音型機(jī)組的基礎(chǔ)上加裝了拖卡，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的便捷式移動(dòng)，普遍應(yīng)用于城市范圍內(nèi)的短距離應(yīng)急供電。
(4) 車載機(jī)組
車載機(jī)組是將整臺(tái)基本型機(jī)組安裝在汽車車廂內(nèi)，廂體做防音降噪處理，是專門為遠(yuǎn)距離應(yīng)急供電而設(shè)計(jì)制造的機(jī)組。
(5) 方艙機(jī)組(電站)
方艙(包括集裝箱)機(jī)組是將整臺(tái)基本型機(jī)組安裝在方艙內(nèi)，是專門為野外工程建設(shè)供電而設(shè)計(jì)制造的機(jī)組，機(jī)組功率一般在500kW以上。
