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新聞主題 |
康明斯離網(wǎng)發(fā)電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn) |
摘要：全球目前有60萬以上通信站點(diǎn)處于無市電或者市電不穩(wěn)定的狀態(tài)，很多國家和地區(qū)沒有電網(wǎng)覆蓋，隨著通信行業(yè)的不斷發(fā)展，尤其是在發(fā)展中國家以及眾多遠(yuǎn)郊地區(qū)，如何為通信站點(diǎn)提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)已經(jīng)成為困擾運(yùn)營商的主要問題。康明斯電力技術(shù)有限公司的混合能源系統(tǒng)是集風(fēng)能發(fā)電、光伏發(fā)電、柴油發(fā)電機(jī)組、儲能為一體的發(fā)電基站供電解決方案，不僅可幫助客戶大幅提高供電效率、可靠性以及投資回報(bào)率，而且有助于減少對環(huán)境的影響，減少CO2排放和發(fā)電成本。
一、新能源電網(wǎng)概述
隨著全球氣候變化加劇和氣候治理進(jìn)程加速，“雙碳”行動已成為全球關(guān)注的核心。氣候變化直接影響著燃料供應(yīng)、能源生產(chǎn)以及當(dāng)前和未來能源基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)際復(fù)原力，目前各發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的碳中和路徑均以能源轉(zhuǎn)型為重點(diǎn)，采用多元化的政策工具，注重低碳、負(fù)碳的技術(shù)革新，其中儲能微電網(wǎng)技術(shù)是電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵之處。
1、微電網(wǎng)現(xiàn)狀
微電網(wǎng)是分布式能源實(shí)現(xiàn)的主要技術(shù)形態(tài)，儲能技術(shù)、優(yōu)化控制與能量管理技術(shù)等是構(gòu)建智能微電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。儲能技術(shù)作為解決微電網(wǎng)中能源間歇性、波動性問題的重要措施，不僅可以提高分布式能源發(fā)電利用率，還可有效保障供電可靠性，改善電能質(zhì)量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
2、柴發(fā)缺陷
地處供電網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋或臨時(shí)供電的無電地區(qū)，采用柴油發(fā)電機(jī)組（以下簡稱“柴油發(fā)電機(jī)組”）運(yùn)行的孤網(wǎng)自供電方式。孤網(wǎng)供電下的柴油發(fā)電機(jī)組雖然解決了供電問題，但存在諸多問題：
（1）柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行負(fù)載率低；
（2）柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率低，單位發(fā)電油耗高；
（3）柴發(fā)電站初始投資高；
（4）多臺柴油發(fā)電機(jī)組互為熱備用的方式；
（5）日常運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高；
（6）供電質(zhì)量相對較差；
（7）環(huán)境污染；
3、解決方案簡述
為了解決孤網(wǎng)發(fā)電模式下柴油發(fā)電機(jī)組供電存在的上述問題，在原系統(tǒng)中加入儲能裝置組成新型的儲能+柴發(fā)+新能源供電系統(tǒng)。加入儲能系統(tǒng)形成的新型智能孤網(wǎng)儲能柴發(fā)供電系統(tǒng)可以有效解決原孤網(wǎng)供電系統(tǒng)的各類問題，提供可靠、穩(wěn)定、高質(zhì)量、低成本的綜合供電解決方案。其優(yōu)先的循環(huán)工作順序如下：
通常情況下設(shè)定供電優(yōu)先級順序?yàn)楣夥到y(tǒng)、蓄電池組和柴油發(fā)電機(jī)組。
（1）在光照條件充足時(shí)，由光伏系統(tǒng)給負(fù)載供電，并為蓄電池組充電。
（2）當(dāng)光照條件不足時(shí)，由光伏系統(tǒng)和蓄電池組同時(shí)為負(fù)載供電。
（3）當(dāng)無光照時(shí)，由蓄電池組給負(fù)載供電。
（4）當(dāng)無光照時(shí)且蓄電池組放電達(dá)到設(shè)定的放電深度時(shí)，啟動柴油發(fā)電機(jī)組給負(fù)載供電，并給蓄電池組充電。若柴油發(fā)電機(jī)組未能成功啟動，為保護(hù)電池不過度放電，通過控制電池開關(guān)箱關(guān)斷電池輸出。
（5）當(dāng)蓄電池組充滿或光照條件充足時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組停止工作，由蓄電池組給負(fù)載供電，或由光伏系統(tǒng)給負(fù)載及給蓄電池組充電。
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與以上光伏發(fā)電系統(tǒng)工作模式類似。以上功能由混合能源管理系統(tǒng)中的控制單元自動檢測工作狀態(tài)及控制切換。
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混合能源供電系統(tǒng)圖 |
柴發(fā)+光伏離網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) |
二、微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
康明斯電力技術(shù)有限公司一直致力于降低通信基站供電成本、能源消耗、運(yùn)維成本，提高無故障在線時(shí)間和改善綜合成本，康明斯電力技術(shù)有限公司的混合能源系統(tǒng)提供了一種可靠、環(huán)保、可擴(kuò)展、高度集成、靈活便捷的通信基站供電解決方案。從專業(yè)的角度提供最緊密的集成系統(tǒng)部件，所有組件之間的工作都可以實(shí)現(xiàn)無縫銜接。以最經(jīng)濟(jì)化的投資提供最大的工作效率，康明斯電力技術(shù)有限公司的混合能源系統(tǒng)可以為基站減少高達(dá)70％費(fèi)用，使得投資回報(bào)實(shí)現(xiàn)最佳效益。康明斯電力技術(shù)有限公司的混合能源系統(tǒng)可同時(shí)適用于新建和擴(kuò)建的通信基站建設(shè)地域，以滿足現(xiàn)有狀況的合理應(yīng)用及未來擴(kuò)建的需求。采用康明斯電力技術(shù)有限公司的混合能源系統(tǒng)可以避免離網(wǎng)區(qū)域漫長等待供電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，使隨時(shí)隨地建設(shè)通信基站成為可能。
（1）安全可靠，符合安全標(biāo)準(zhǔn)EN60950和GB 4943。
（2）完善的交、直流防雷設(shè)計(jì)，適應(yīng)多雷暴地區(qū)。
（3）良好的電磁兼容性。
（4）優(yōu)化的系統(tǒng)工作方式，降低交流配電使用，最大限度利用光伏系統(tǒng)。
（5）系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)。
（6）加裝柴油發(fā)電機(jī)潤滑油系統(tǒng)長維護(hù)組件，由常規(guī)250h的維保周期延長至1000h以上。
（7）優(yōu)先使用可再生能源，減少柴油發(fā)電機(jī)組的開機(jī)時(shí)間，提升運(yùn)行效率。
（8）優(yōu)良的混合能源系統(tǒng)控制及能源管理系統(tǒng)，基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為主動維護(hù)提供信息以及系統(tǒng)分析。有利于干通信基站的遠(yuǎn)程管理。
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多臺柴發(fā)混合能源發(fā)電系統(tǒng) |
柴發(fā)混合能源控制系統(tǒng)電路圖 |
三、混合能源各組成部分特點(diǎn)
1、變頻柴油發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)
（1）選用高品質(zhì)發(fā)動機(jī)，動力性好、可靠性高、集成化設(shè)計(jì)，適用環(huán)境溫度高達(dá)52℃以上；配備燃油啟動輔助裝置，在-20℃的低溫時(shí)也可啟動，具有良好的冷啟動性能。
（2）選用高品質(zhì)發(fā)電機(jī)，按國際最高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)，能適應(yīng)惡劣環(huán)境的全H級絕緣和最佳效率設(shè)計(jì)的繞組，尤其適合于特殊場合的應(yīng)用。
（3）靜音箱用工程塑料鑲邊包角，防撞美觀。
（4）控制屏外加裝遮陽保護(hù)，防止控制器免受陽光直射，提高防護(hù)能力。
（5）兩端有拖曳口，增加靜音箱移動功能。
（6）采用全新開發(fā)的重型鋼制鉸鏈，全新定制的雙保險(xiǎn)門鎖，采用螺栓隱藏設(shè)計(jì)。
（7）靜音箱開門中間采用無立柱設(shè)計(jì)，便于操作人員進(jìn)行發(fā)電機(jī)組維護(hù)。
（8）油箱設(shè)置檢修口蓋板，便于清洗油箱內(nèi)部。
2、蓄電池組的特點(diǎn)
（1）深循環(huán)性能良好，可滿足使用壽命長的要求。
（2）性能穩(wěn)定可靠，減少維護(hù)更換費(fèi)用。
（3）采用鉛碳技術(shù)，更適用于風(fēng)光發(fā)電儲能。
（4）多元板柵合金及特殊的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，延長電池使用壽命。
（5）自放電率低，充電接受能力強(qiáng)，密封反應(yīng)效率高。
（6）正極鉛膏中添加專用添加劑，提高充電接受能力。
（7）獨(dú)特的抗板柵伸長結(jié)構(gòu)，解決板柵蠕變伸長難題。
（8）室外空調(diào)柜防護(hù)等級為IP55。
3、光伏板特點(diǎn)
（1）優(yōu)化的制絨技術(shù)。
（2）淺結(jié)高方阻技術(shù)。
（3）多層鍍膜技術(shù)匹配精細(xì)的金屬化技術(shù)。
（4）多晶硅電池平均效率達(dá)18.4％以上，且通過TUV雙倍PID測試。
4、混合能源管理系統(tǒng)特點(diǎn)
（1）光伏輸出電壓的范圍為DC 70V～DC 150V，光伏控制器效率高達(dá)97％。
（2）交流輸入電壓正常工作范圍為AC 90V～AC 290V，整流模塊采用軟開關(guān)技術(shù)，效率最高可達(dá)95％以上。
（3）系統(tǒng)具有最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）功能，跟蹤效率大于99％。
（4）采用靈活的模塊化方式設(shè)計(jì)，所有光伏控制器和和整流器均采用無損熱插拔技術(shù)，即插即用，方便維護(hù)。
（5）完善的保護(hù)、報(bào)警功能。
（6）完善的電池管理，可實(shí)現(xiàn)自動均浮充轉(zhuǎn)換、具有電池過放電保護(hù)功能。
（7）具有溫度補(bǔ)償、自動調(diào)壓、電池容量計(jì)算、可設(shè)定的限流充放電、在線電池測試等功能。
（8）網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)還可以配備GPRS DTU模塊，可實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程監(jiān)控，無人值守。
（9）完善的交直流防雷設(shè)計(jì)，適應(yīng)多雷暴地區(qū)。
（10）超低輻射。采用先進(jìn)的電磁兼容設(shè)計(jì)。
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柴發(fā)混合能源適用范圍 |
柴發(fā)混合能源特點(diǎn) |
四、系統(tǒng)配置應(yīng)考慮的因素
1、混合能源系統(tǒng)配置參數(shù)
（1）配置考慮基站負(fù)載大小、發(fā)電機(jī)組計(jì)劃每天允許運(yùn)行時(shí)間，蓄電池組充電功率和放電深度（日常使用放電深度不應(yīng)大于30％）等選取發(fā)電機(jī)組功率、蓄電池組種類和容量。柴油發(fā)電機(jī)組功率選擇以工作時(shí)供給負(fù)載用電且以0.1C電流對蓄電池組充電所需功率，并盡可能使柴油發(fā)電機(jī)組工作在75％～80％效率最優(yōu)的功率段。
（2）光伏系統(tǒng)功率是考慮額定光照條件下工作時(shí)供給負(fù)載用電并以不大于0.15C電流對蓄電池組充電所需功率。
（3）投資額或場地所限時(shí)可將光伏發(fā)電僅作為補(bǔ)充，配置功率可任意選擇，能補(bǔ)多少發(fā)電量就補(bǔ)多少。
（4）表1中柴油發(fā)電機(jī)組功率、蓄電池組種類容量、光伏系統(tǒng)電壓功率均可選配。
表1 混合能源系統(tǒng)配置參數(shù)表
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系統(tǒng)型號
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匹配負(fù)載
功率/kW
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48V蓄電池組
容量/Ah
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光伏系統(tǒng)
功率/kW
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柴油機(jī)發(fā)電組功率/kW
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KHPS-6
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2~6
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500~2000
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3/6/9/12/15/18/21/30/36
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6/8/10/12/15/18/22/26/30/36
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KHPS-12
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6~12
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500~2500
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KHPS-15
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12~15
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1000~3000
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KHPS-18
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15~18
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1000~3000
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KHPS-24
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18~24
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1500~4000
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KHPS-30
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24~30
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2000~5000
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2、混合能源系統(tǒng)主要功能
合理的設(shè)計(jì)方案不僅僅是一個(gè)安全可靠的方案、而且也是一個(gè)節(jié)省扇控制、孤島和固定功率模式黑起動、以及不對稱負(fù)載分配設(shè)計(jì)，來降低運(yùn)行成本。從單臺機(jī)組控制提升至整個(gè)電站控制層面，從一個(gè)指令中心點(diǎn)激活眾多的綜合控制和保護(hù)設(shè)定，系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含了節(jié)點(diǎn)的電站功率和功率因數(shù)控制、以實(shí)際負(fù)荷百分比來決定起/停機(jī)優(yōu)先權(quán)控制等。
表2 混合能源系統(tǒng)主要功能表
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輸出特性
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直流輸出電壓
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DC 48V(DC 43.2~57.6V)
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直流輸出電流
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90A~900A
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逆變器
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AC 220V 50Hz 500/1000W
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效率
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光伏模塊
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≥97%
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整流模塊
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≥93%
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逆變器
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≥92%
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電池管理功能
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電池過放保護(hù)
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一次下電及二次下電保護(hù)
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電池均浮充管理
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電池均充、浮充自動轉(zhuǎn)換、定期均充
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溫度補(bǔ)償
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控制模塊監(jiān)控電池溫度，系統(tǒng)的充電電壓可按1～7mV/℃自動調(diào)節(jié)，電池溫度越高，充電電壓越低，電池溫度越低，充電電壓越高
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電池容量在線測試
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系統(tǒng)通過監(jiān)控模塊的自動控制，可實(shí)現(xiàn)在保障負(fù)載正常的情況下，對電池容量進(jìn)行在線測試。及時(shí)了解電池的參考容量
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自動控
制功能
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保護(hù)功能
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過電壓、過電流、欠電壓、短路、過溫自動保護(hù)功能，蓄電池組接反保護(hù)，防反充電保護(hù)
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電池自動充電功能
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浮充＋均充，參數(shù)可設(shè)定
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監(jiān)控內(nèi)容
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太陽能發(fā)電情況，電網(wǎng)發(fā)電情況，蓄電池組充放電情況，母線電壓情況
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負(fù)載用電情況，室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)測量，蓄電池組溫度測量，系統(tǒng)故障告警記錄
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系統(tǒng)當(dāng)前數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)記錄查詢
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設(shè)置功能
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系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)置、系統(tǒng)操作設(shè)置
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擴(kuò)展控制功能
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備用油機(jī)控制，告警干接點(diǎn)信號輸出，TCP／IP、RS232／485多種通信接口，多級負(fù)載上電/切斷控制
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其他參數(shù)
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系統(tǒng)防雷
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每路輸入端：防雷器模塊，最大放電電流為40kA，直流輸出端：浪涌保護(hù)器，最大放電電流為15kA
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使用環(huán)境溫度
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-20℃~+55℃
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使用海拔
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≤3000m
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總結(jié)：
除了上述混合能源系統(tǒng)特點(diǎn)和功能之外，我們還應(yīng)該了解不同的混合能源的特點(diǎn)。例如：光柴儲是多能互補(bǔ)微電網(wǎng)，其通常包含多種類型的分布式電源且具有多重設(shè)計(jì)功能的微電網(wǎng)系統(tǒng)，屬于分散式供電；當(dāng)中的柴、儲屬于不同源測之間的組網(wǎng)運(yùn)行，屬于不同的兩種產(chǎn)品，各自發(fā)揮功能。“柴儲”混動是簡單微電網(wǎng)，在傳統(tǒng)柴油發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級，優(yōu)化儲能單元和柴發(fā)單元的工作方式，對瞬時(shí)功率波動進(jìn)行快速響應(yīng)并支撐微電網(wǎng)系統(tǒng)頻率，同時(shí)提升柴發(fā)的效率，使得柴油機(jī)組始終保持在最佳運(yùn)行狀態(tài)下，減少柴油機(jī)組的損耗，降低燃油費(fèi)用，可以實(shí)現(xiàn)用戶定制。
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