【發電機設計】發電機功率標準的種類（Generator Power Rating Categories）

發電機組的功率標準 (提及連續功率、主用功率、備用功率、緊急備用功率)

今天我們做一個關於發電機組功率標準的討論，我們嘗試使用日常的語言去替代標準中所使用的語言，看看能否做得更通俗易懂一些。如果我們理解了標準的意義，那麼再去閱讀標準的文本就會更容易接受一些。關於ISO 8528-1的詳細定義，可參考下面的鏈接中第11-15頁：

ISO 8528-1 Reciprocating internal combustion engine driven alternating current generating sets

什麼是“額定功率”（Rated Power）或者“標稱功率”？

簡單來說就是在規定的安裝和運行的條件下，廠商所聲明的功率。請注意這裡用到的是“聲明”這個詞，他是從英文declaration一詞翻譯過來的，因此額定功率可以歸結為兩個關鍵字，一個就是“條件”，另外一個是“聲明”。

我們在許多時候難以說清楚額定功率，其實主要是因為運行的條件比較複雜，每個廠商對於自己額定功率的定義前，一定是有其特殊的運行的條件。接下來我們來看看安裝和運行條件包括哪些內容。

環境條件對發電機功率的影響

首先是環境條件，這個環境條件比如環境溫度、濕度，還有海拔高度，以及海洋環境等等，但是這些都不在我們今天討論的範圍。

當然，我們所知，發電機的功率校正係數是跟其所處環境的海拔高度、大氣壓、大氣溫度以及相對濕度有著密切關係。總結一下就是，海拔高度越高，大氣壓力越低，大氣溫度越高，相對濕度越大，發電機的校正係數越小，設計上就要考慮更大功率的發電機。詳細參數如下圖：

運行模式對發電機功率的影響

我們今天要探討的的主要是運行模式，這裡主要分為三個點：

        第一點：負載是不是變動的。

        第二點：發電機組是否有年運行時間的限制。

        第三點：運行的時候是否有功率的限制，也就是說會不會限制它的平均負載率。

下面我們來看看各種不同功率的限定條件，不同的限定條件就形成了不同的功率定額種類，功率定額的種類較多，這也是容易引起我們混淆的地方。為了讓我們的理解更清晰一些，我們這裡只介紹三種功率定額，這就是“連續功率”、“主用功率”和“備用功率”。以這三種功率為基礎，我們很容易進一步理解其他種類的功率。

接下來，我們就從運行模式所關注的三個點來解釋這三種功率。

“連續功率”（或叫“持續工作功率”，對應ISO中的定義：Continuous power (COP)）

連續功率，它要求負載保持不變，但是不限制執行時間和負載率。也就是說除了正常的維護保養以外，它的年運行時間是不限制的，而且負載率也可以達到100%。那麼我們可以看到連續功率是限制了三個條件裡面的一個條件。商業建築項目中由於發電機一般不會長期運作，而且負載保持不變的情況幾乎不可能遇見，因此，一般很少用到連續功率作爲後備發電機的設計參數。

連續功率发電機的使用方式類似於正常的市電。連續功率发電機和主用功率发電機的區別在於，連續式发電機不提供可變的功率。相反，連續功率发電機在整個使用時間範圍內供電于較穩定的電力負載。

在許多情況下，當無法提供市電或提供市電成本過高時，連續功率发電機是更好的選擇，例如，當需要在特殊的偏遠地區安裝電力設施，連續功率发電機總體上往往比主用功率发電機便宜，而且比備用发電機更具有長期運行的能力。

因此，連續功率发電機對於偏遠地區來說是非常重要的工具，因為它們可以持續提供100%負載能力的電力。它們只是缺乏像主用功率发電機那樣提供可變負載的能力。因此，這類發電機通常用於采礦、軍事和農業等方面的應用。

“主用功率”（或叫“主要運行功率”，對應ISO中的定義：Prime power (PRP)）

相比於連續功率，主用功率不限制負載波動以及年運行時間，但是它會限制負載率。也就是說在一個24小時的週期中，它的平均負載率是不能超過70%的。我們可以看到主用功率也是限制了三個條件中的一條。

發電機主用功率就比較常用在發電機的參數裏面，原因有以下幾點：

        第一，由於商業建築的負載常常隨時間變化，主用功率對負載變化並不做特別要求。

        第二，由於負載不受限制，可以允許短時間的超負荷運行。ISO 8528 允許發電機具備10%超載能力，但在12 小時內限為1次，且每年不超過25 小時。這又滿足了發電機接駁的電動機啓動時啓動功率過大的問題。

        第三，由於限制了24小時内平均負載率不超過70%，我們知道，商業樓宇在一天内的符合變化是很大的。只要平均負載率不超過70%發電機主要功率即可滿足設計要求。

但我們知道第三點在現實中是不常見到的，尤其是在電網可靠性很高的城市，例如香港，發電機并不會長時間運行。因此，後備功率以及緊急後備功率的定義就出現了。

“備用功率”（或叫“限時運行功率”，對應ISO中的定義：Limited-time running power (LTP)）

備用功率，跟主用功率相比，備用功率增加了一條限制，這就是年運行時間的限制。舉例説明，卡特彼勒（Caterpillar）發電機組的備用功率規定的年運行時間是最大500個小時，因此，假設我們在設計上要求了後備功率，那麽也同時定義的發電機全年的運行時間在全負載的運行狀態下，不可以超過500小時。這也是爲什麽設計技術説明書上常常不會寫後被功率的要求的原因。

而且，由於後背功率的定義的運行條件為全負載，對於商業樓宇的發電機也不適用（因爲負載常常變化），因此，又出現了一種更完善的定義 - “緊急備用功率” 。

後備发電機可以在許多情況下使用，包括住宅、商業和工業領域。根據備用功率的定義，它們可以運行的時間長短不一。請注意，如果運行時間過長，它們可能會過載。因此，只提供幾個小時的後備電源的話，情況是最理想的。

“緊急備用功率”（或叫“應急備用功率”，對應ISO中的定義：Emergency standby power (ESP)）

緊急備用功率其實與後備功率類似，可以看作是對“後備功率”的一種延申。緊急備用功率的定義中，負載為可變負載，大小不再受限制。但與主用功率一樣，限制了24小時内平均負載率不超過70%。而且進一步放寬了關於最大功率規定了，相比“後備功率”所要求的500小時，“緊急備用功率”只要求每年運行時間可達200小時的。

因此，對於同一部發電機，其“緊急備用功率”比“後備功率”可以更大。因此，廠商更喜歡用所謂“緊急備用功率”，因爲可以“顯得”功率更大。所以，這是一個容易引起混淆的地方，或者說容易忽視的地方。

那麼簡單歸納一下緊急備用功率，它是限制了三個條件中的兩個條件，一個是負載率，還有一個是年運行時間，但是它也是不限制負載的波動。

同一台機組的不同功率在數值上的分別

瞭解了不同功率的條件之後，我們來看看，如果同一台機組標識成為不同的功率的話，它在數值上會有什麼不同？

首先是緊急備用功率，如果是緊急備用功率的話，基本上就是這台發動機油門位置相對應的最大的功率，如果它標示成備用功率的話，它功率的數字就會小一些。在如果它標識成主用功率的話，它的數值會更小一些。如果同一台機組標識成連續功率，那麼它功率的數值會是在這四個數字中最小的一個。剛才我們提到這四個功率，它按照從大到小的順序，兩個相鄰的功率之間大約會相差10%。

下圖爲卡特彼勒（Caterpillar）其中一個系列的發電機組，可見後備功率一般較主用功率大10%左右。

如何選擇發電機功率？

在我們瞭解了上述關於發電機組功率標準的知識之後，我們再來看看功率的選擇。在我們為一定負載選擇發電機組的時候，發電機組的額定功率應該是大於等於負載的縂功率，這裡就分成了大於和等於兩種情況。

首先我們說等於的情況，比如說我們是備用的應用，我們就選擇備用的發電機組，那麼發電機組的備用功率就等於實際的功率需求，只要負載的運行是在備用功率的限制條件之下，那麼選擇備用功率也是合適的。舉例説明，假設我們計算出來的負載總功率為1000kVA（已考慮啓動功率的計算），那麽，選擇備用功率為1000kVA的發電機組應該是最經濟的選擇。

第二種情況是額定功率大於實際負載需求的情況，比如說同樣是備用應用，但是我們卻選擇主用功率的機組，這個時候就相當於增大了備用功率，雖然提高功率等級會增加我們的成本，但是它是相應的提高了供電系統的可靠性。同樣，對於上面的相同的例子，如果選擇的是主用功率為1000kVA的發電機組，由卡特彼勒（Caterpillar）的參考數據可以看出，主用功率為1000kVA的發電機組可以提供1100kVA備用功率。也就是説發電機具備了在限定時間可以多提供100kVA功率的能力，因此，供電的可靠性就提高了。這也是爲什麽，我們常常在招標書技術説明中看到雖然設計的是後備發電機，但卻寫明設計容量參數需要滿足主要功率的要求。

結語

以上是我們對發電機組的功率標準所做的“不標準”的說明。這裡沒有採用ISO標準所使用的語言，為的是讓大家更容易理解一些，但是這樣做也會帶來不嚴謹的問題。

比如剛才我們說兩個相鄰的功率檔之間大約是相差10%，這裡我們要強調一下，是“大約”，這個是ISO標準裡面沒有寫的，是一個經驗值，經驗值就比較直觀，更容易理解。如果我們是要寫招標書、投標書、合同書，那麼就要參照相應的標準，寫明更詳細的要求。