1.1 柴油發(fā)電機組的技術(shù)發(fā)展歷程
柴油發(fā)電機組是一種能源轉(zhuǎn)換設(shè)備,它是將熱能(燃汕通過燃燒)轉(zhuǎn)化為機械能(發(fā)動
機旋轉(zhuǎn)),再將機械能轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備,燃油是其原料,電能是其產(chǎn)品。
1897年全世界第一臺柴油發(fā)電機誕生于德國的奧格斯堡(Augsburg),是由MAN公司的
創(chuàng)始人Rudolf Diesel 發(fā)明的。目前,柴油機的英文名字即為創(chuàng)始人的姓名 Diesel
從1897年第一臺柴油發(fā)電機組誕生到現(xiàn)在的一百多年時間里,柴油發(fā)電機組的技術(shù)發(fā)展
一直與柴油發(fā)動機的技術(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)進步相對緩慢。后50
年來隨著柴油機技術(shù)水平的快速發(fā)展和機組控制技術(shù)的不斷更新?lián)Q代,柴油發(fā)電機組從20世
紀60年代使用的手啟動、機房固定安裝的普通機組,到70年代研制成功了自啟動機組,80
年代研制成功了微型計算機控制的自動化無人值守機組,到90年代開始研制低噪聲排放的機
組,2000年后注重噪聲和尾氣排放環(huán)境保護。最近幾年,隨著云計算技術(shù)的發(fā)展,柴油發(fā)電
機組智能控制也朝云監(jiān)控方向發(fā)展。 從而使柴油發(fā)電機組的技術(shù)裝備水平不斷提高,現(xiàn)代柴油
發(fā)電機組具有靈活、方便、自動化程度高、噪聲小和排放低等優(yōu)點。隨著科學技術(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)代社會對柴油發(fā)電機組的更高要求。
1.2 柴油發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)
柴油發(fā)電機組是一種機電一體化設(shè)備,它由柴油發(fā)動機、交流發(fā)電機和機組控制系統(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),組成一個完
整的電站系統(tǒng)。 其技術(shù)涉及機械動力學、
電學、自動化控制等各個領(lǐng)域。
柴油發(fā)電機組是一種成套發(fā)電設(shè)備。
柴油機電站可以是單臺柴油發(fā)電機組自成
體系獨立發(fā)電、供電,也可多臺柴油發(fā)電
機組并列發(fā)電、供電。 在這個系統(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)電機組的各主要部件中,柴
油機有著最為重要的地位,這不僅是因為
柴油發(fā)動機的價值最高,而且也是因為發(fā)動機
油發(fā)動機是整個柴油發(fā)電機組的心臟,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)動機、優(yōu)質(zhì)的發(fā)電機、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)電機組。
1.3柴油發(fā)電機組的特點
柴油發(fā)電機組是集柴油機,發(fā)電機和自動控制等名個學科領(lǐng)域相交叉的技術(shù),柴油發(fā)電機
組是以柴油機為動力的發(fā)電設(shè)備,它與常用的蒸汽發(fā)電機組 水輪發(fā)電機組,燃氣渦輪發(fā)電機
組,原子能發(fā)電機組等發(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,啟動迅速,
控制靈活以及燃料儲存容易等優(yōu)點。
(1)單機容量等級多
柴油發(fā)電機組的單機容量從幾千瓦至幾萬千瓦,目前國產(chǎn)機組最大單機容量為幾千千瓦.
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)電機組的單機容量,
可選擇的容量范圍大,具有適用于多種容量用電負荷的優(yōu)勢。
采用柴油發(fā)電機組作為應(yīng)急和備用電源時,可采用一臺或多臺機組,裝機容量根據(jù)實際需
要靈活配置。
(2)配套設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,單位功率重最輕,安裝地點靈活
柴油發(fā)電機組的配套設(shè)備比較簡單，輔助設(shè)備少、體積小、重最輕。以高速柴油機為例，功率重量比一般在8~20kg/kW，而蒸汽動力裝置比柴油發(fā)電機的這項指標大4倍以上。與水輪機組需建水壩、蒸汽機組需配置鍋爐，燃料儲備和水處理系統(tǒng)等比較,柴油發(fā)電機組具有占地面積小、建設(shè)速度快和投資費用低的優(yōu)點。
常用發(fā)電機組通常采用獨立配置方式，一般不與外(市)電網(wǎng)并聯(lián)運行。而備用發(fā)電機
組或應(yīng)急發(fā)電機組一般與變配電設(shè)備配合使用,機組占地面積小,安裝地點靈活。
(3)熱效率高，燃油消耗低
柴油機是目前熱效率最高的熱力發(fā)動機,其有效熱效率為30%~46%,高壓蒸汽輪機約為
20%~40%,燃氣輪機約為20%~30%,因此柴油發(fā)電機組的燃油消耗較低。
(4)啟動迅速、并能很快達到全功率
柴油機的啟動一般只需幾秒鐘,在應(yīng)急狀態(tài)下可在1min 內(nèi)達到全負載運行;在正常工作
狀態(tài)下約在5~30min內(nèi)達到全負載,而蒸汽動力裝置從啟動到全負載一般需要3~4h。 柴油
機的停機過程也很短,緊急狀態(tài)可即時停機,正常狀態(tài)的停機過程不超過3min,可以頻繁起
停。所以柴油發(fā)電機組很適合作為應(yīng)急發(fā)電機組或備用發(fā)電機組。
(5)維護操作簡單,所需操作人員少,在備用期間的保養(yǎng)容易
(6)柴油發(fā)電機組的建設(shè)與發(fā)電的綜合成本最低
柴油發(fā)電機組中的柴油機一般為四沖程、水冷、中高速內(nèi)燃機。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)
省能源和保護環(huán)境。 柴油機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)電機組與水力、風力、太陽能等可再生能源發(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:柴油發(fā)電機組的建設(shè)與發(fā)電的綜合成本最低。
1.4柴油發(fā)電機組的分類
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),如遠離大陸的海島,偏遠的牧區(qū),農(nóng)村、荒漠高原的軍營、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,往往因為季節(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)保護電源已成為備用電源需求的新增長點,如電信行業(yè)、銀行、
機場、指揮中心,數(shù)據(jù)庫,高速公路、高等級賓館、寫字樓和高級餐飲娛樂場所等,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，用電高峰時段就會產(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，就需要調(diào)峰電源加以彌補。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)電機組提供了可能。
(4) 移動電源
移動電源就是沒有固定的使用地點，而被到處轉(zhuǎn)移使用的發(fā)電設(shè)備。柴油發(fā)電機組由于輕便靈活、易操作的特點，而成為移動電源的首選。移動電源一般 被設(shè)計為電源車輛的形式，有自行電源車輛，也有拖車電源車輛。使用移動電源的用電單位，大都具有流動工作的性質(zhì)，如油田、地質(zhì)勘探、野外工程施工、探險、野炊、流動指揮所、火車、輪船、貨運集裝箱的電源車廂(倉)等，也有一些移動電源具有應(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車、搶修車等。
可以看出，以上柴油發(fā)電機組的4種用途，是因應(yīng)社會發(fā)展的不同階段而產(chǎn)生的，其中，自備電源和調(diào)峰電源是因為供電設(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，是社會不夠發(fā)展的結(jié)果;而備用電源和移動電源是因為供電保障要求的提高和供電范圍不斷擴大而產(chǎn)生的用電需求，是社會發(fā)展的結(jié)果。因此，如果從社會發(fā)展的角度來審視柴油發(fā)電機組產(chǎn)品的市場用途，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電源則是其長期用途。
2.按控制方式分類
柴油發(fā)電機組按控制方式可分為手動、自動、遙控和并車等4種類型。
(1)手動機組
手動控制的柴油發(fā)電機組控制系統(tǒng)比較簡單，要求配備操作人員在現(xiàn)場進行啟動、合閘、分閘、停機等的操作。
(2) 自動機組
自動控制的柴油發(fā)電機組一般作為備用機組，具有自動啟動、自動運行、自動停機的功能。如果配備了ATS自動切換系統(tǒng)便可實現(xiàn)負載在市電供電和柴油發(fā)電機組供電之間的自動切換，保障負載電力的持續(xù)供應(yīng)。自動控制柴油發(fā)電機組的優(yōu)點是大大減少了對操作人員的依賴性，并縮短市電中斷至由機組供電之間的中斷時間。
(3)遙控機組
遠程監(jiān)控自動化柴油發(fā)電機組，俗稱“三遙”機組或帶智能接口機組。采用微機控制技術(shù)，對柴油發(fā)電機組實行全面自動控制，并由串行通信接口(RS232、 RS485 或RS422)實現(xiàn)中心站對分散于各處的機組進行實時的遙控、遙信、遙測，從而實現(xiàn)無人值守。可作為郵電通信設(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)并車機組
當某些情況要求多臺發(fā)電機組并聯(lián)供電或者機組與市電并聯(lián)供電時，就需要采用并車機組。并車機組采用先進的全自動并車控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機組與機組，機組與市電間的自動同步、并聯(lián)，聯(lián)合對負載供應(yīng)電力。
3.按外觀構(gòu)造分類
柴油發(fā)電機組按外觀構(gòu)造可分為基本型機組、防音型機組、掛車機組、車載機組、集裝箱(又稱方艙)機組等五種類型機組。
(1) 基本型機組
基本型機組就是與發(fā)電機組配套運行的最基本的機組。
(2)防音型機組
防音型機組與基本型機組的本質(zhì)區(qū)別是機組外部加裝了金屬防音箱，消聲器內(nèi)置，降低了機組噪聲。適用于要求噪聲低的特殊應(yīng)用場合，如:辦公地點、學校、醫(yī)院等。
(3)掛車機組
掛車機組是在防音型機組的基礎(chǔ)上加裝了拖卡，實現(xiàn)了機組的便捷式移動，普遍應(yīng)用于城市范圍內(nèi)的短距離應(yīng)急供電。
(4) 車載機組
車載機組是將整臺基本型機組安裝在汽車車廂內(nèi)，廂體做防音降噪處理，是專門為遠距離應(yīng)急供電而設(shè)計制造的機組。
(5) 方艙機組(電站)
方艙(包括集裝箱)機組是將整臺基本型機組安裝在方艙內(nèi)，是專門為野外工程建設(shè)供電而設(shè)計制造的機組，機組功率一般在500kW以上。
