鉅大LARGE | 點擊量：2945次 | 2021年10月30日
中電建福建設計院陳旭海：站房式鋰離子電池儲能電站價值探討
六月19—二十日，由我國化學與物理電源行業協會儲能應用分會聯合江蘇省電機工程學會、全國微電網與分布式電源并網標準化技術委員會、我國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司等單位聯合召開的“第三屆全國電網側暨用戶側儲能技術應用高層研討會”在蘇州市太湖假日酒店舉辦。來自電網公司、設計院、系統集成商、電池生產公司、投融資機構等單位的280余位嘉賓出席了本次研討會。
會議期間，我國電建集團福建省電力勘測設計院有限公司配網公司副總經理陳旭海分享了主題報告《站房式鋰離子電池儲能電站價值探討》，以下是演講全文：
陳旭海：首先很有幸參加這次研討會，跟各位同仁相聚在太湖，我們一起探討一下儲能行業的發展。本次研討重要從設計技術方面探討一下站房式和預制艙式兩種方法。
首先介紹一下預制艙式的電力設施，實際上預制艙式在電力系統領域早有先例，早在2013-2014年國網即開始試點，模塊化智能站、新一代智能站先后開始大范圍調研、示范建設、逐步推廣。2015年開始35-110kV的變電站已全面推行模塊化建設的模式，2017年220kV及以上變電站也開始全面推廣模塊化建設模式。上圖是傳統建設方式的智能變電站，有戶內、半戶內和戶外三種方式。最上面的三個圖就是傳統的智能變電站，它一般以戶內、半戶內還有戶外這三種重要的模式，戶內就是所有的設備都放在混凝土建筑內，戶外變就是只有二次設備放在戶內，其他的一次設備都放在戶外。中間三幅圖是模塊化建設模式的智能變電站，戶外變采用裝配式建筑+預制艙的建設方法，有關戶外變電站我們一般采用裝配式建筑還有預制艙兩個相結合，預制艙內安裝二次設備，布置在一次設備的附近。有關戶內變，所有設備都是放在鋼結構的站房內。裝配式建筑一般是采用鋼結構的建筑，外墻一般采用合金板，最大優點就可以現場沒有濕法作業，大部分設備的安裝、調試都是在廠里面預制完成的。
最下面這個就是預裝式變電站，現在沒有做大范圍的推廣，只是局部的試用。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
我們來看一下它重要的優缺點，模塊化建設最大的優點就是它的工期短，施工環保，這是毋庸置疑的。缺點一個是照明、暖通的能耗相比較較高，擴建因為一些電距離的問題，會導致設備的全停，這也是不可防止的。艙體的下方還有電纜層的配套設施會新增一些，尤其在預制艙下面的電纜通道維護有一定的困難。假如全站采用預制艙式的安裝，尤其大規模電力設施，要多層布置，集裝箱結構可能導致造價大幅新增，同樣的占地面積內，很多設備就要采用緊湊型的設備，這也會導致一些設備價格上面的投資的提高。
參照國網的方法可以看到，一次設備大部分還是放在鋼結構的建筑內部，二次設備大部分是推薦采用預制艙的方法，這是為何呢？一個是剛才我們說的，一方面是考慮一次設備放在預制艙內安裝有一定的限制，另外就是對設備的維護結構，艙體的生命周期上的匹配性。國網的全生命周期管理規定要求一次設備周期是50年，二次設備達到25年的要求，而預制艙能不能達到25-30年的要求，這應該已經是極限值。所以一次設備一般不會放在集裝箱里面。
看看儲能站的建設模式，重要也是預制艙和站房式兩種方式，對應的是戶內與戶外布置兩種方式，目前采用較多的還是預制艙方法，也就是所有儲能設備全部采用集裝箱布置于戶外的方式。站房式方法具有代表性的有深圳寶清、比亞迪、格爾木長沙的儲能電站，最后這個是我們正在建設中的晉江儲能站。有關戶內的電池安裝，也有柜式安裝和機架式安裝兩種方式，也各有優缺點。
總的來說，比較兩種方法，我這邊列了幾點它的優缺點。首先我們從能耗和廠用電率方面來看。儲能占的廠用電，大家做運行的同事應該都了解，廠用電決定了儲能站的綜合轉換效率，一般儲能站的綜合轉換效率可能85%，最高可能到90%。但是扣除了廠用電率1%到3%，可能儲能站的綜合轉換效率又要打個折扣。
尤其是在夏季的時候，調峰的要求又很高，假如遇到南方還有水電站的汛期、枯水期的問題，水電站的調峰調頻能力不夠，這時候儲能站也是要在夏季進行加大調峰的能力。這個時候往往儲能設備的負荷要求又很高，又是在夏季，所以設備環境的隔熱性能是直接決定了儲能站的綜合效率。
另外在北方，其實也同樣面對這樣的問題，因為在南方重要是降溫，北方的電池性能對它的輔熱要求也是很高的。我們了解電池假如在低溫的情況下是不能完全充放電的。一個2兆瓦時的40尺的集裝箱可能有兩到三臺空調的配置，甚至有更高的工業空調保證雙套備份。但是在室內的話，混凝土的建筑相對集裝箱來說，它的隔熱性能會比較好一些，所以它的設備方面通常兩兆瓦時的可能配一臺空調就已經足夠了。室內暖通屬于內循環，因此在房間里面整個環境溫度基本不會超過30度，環境相對較好，即使一臺空調停機了，也不會影響到其他的設備，電池還是可以正常運行一段時間。但是在集裝箱內，比如在夏天、冬天，它在高溫高寒的地方暴露在戶外，一臺空調要是停機的時候，可能整個預制艙里面的儲能系統就要全部停機。總的來說，100兆瓦時的儲能電站暖通的功率配置可以節省大概60到70千瓦，假如在極端的天氣情況下每日可以節省近千度電，綜合效率又可以提高2個百分點。
我們看一下土建和輔助設備綜合的造價。集裝箱的造價根據其工藝還有輔助設備配套的不同，一般一個集裝箱是15萬到40萬不等，因為大家很多是設備制造商，集裝箱鐵皮成本本身不高，但是有關一個集裝箱的防腐措施還有里面的輔助設備配套的情況，這個成本差異是非常大的。100兆瓦時的儲能站一般要60到80個集裝箱，至少是一千多萬的投資成本。這里面還不包含一些電纜溝、步道、基礎的土建費用。我們晉江100MWh儲能電站，兩千多平方占地面積的電池樓可以布置150兆瓦時的儲能電池。整個廠房造價也就在一千萬以內，加上空調、風機、安防等等也可以共用，假如規模比較大的話，輔助設備的費用就會被總的設備成本進一步的攤薄。總的來說造價我這邊不做評判，具體的工程可以具體分析造價究竟是哪種方式會更省。
建設周期方面，站房式方法一般6個月，設計施工交叉，設計貫穿建設始終。但前期配合多、廠內集成工作量多、現場1-2個月。但實際全過程下來，可能只有1-2個月的差異，因為只是將原先現場的工作量轉移到廠和前期設計配合的工作量上。
從工程質量的角度我們來考慮，兩種模式對應的是設計主導和設備主導，預制艙方法，更多的是在設備集成設計、工藝的優劣決定了項目質量。前者則更多依靠設計水平。預制艙更多的還是在設備集成商，它的工藝優化上是決定整個項目的質量。
使用壽命上，站房式使用壽命可達50年甚至更久，但預制艙式設備的壽命目前還沒有超過6年的大范圍運行相關相關經驗。當然，這是由項目的投資回報率決定的，可能有的項目五六年年內就已經盈利，那么采用哪種方法則決定了五六年后的收益，最終也決定整個項目的收益率。
在運輸方面，根據《超限運輸車輛行駛公路管理規定》，長度小于2.5米，長度小于14米不屬于超限運輸。站房式的儲能不存在這個問題，因為設備都是單獨運輸的。有關集裝箱，電池能量密度比較大，集裝箱重量體積各方面都會有一些限制，這可能是在設計前期就要注意的，有可能會關系到一個項目的可行性。
占地面積，預制艙基本上是單層布置，站房式可以做到三層四層，甚至更高層。根據公開報道，長沙芙蓉站整個儲能站的占地面積大概993平方，52兆瓦時，綜合算下來它的占地面積只有預制艙占地面積的六分之一。預制艙的方式，它的容量密度大概15度電每平方，晉江儲能站房式的做法可以達到64度電每平方的能量密度。
站房式的運維便利性也比較明顯，集裝箱空間比較狹小，運維方面存在不便利的地方。假如按照現在電力設施的相關標準，一些維護通道實際上是很難達到運行規范還有電力的規范要求，所以說從運維便利性來看，站房式還是相對較優一些。
運維成本，剛才說的能耗還有集裝箱的防火措施，電柜更換的便利性等等都有一些影響。
再說到消防，是大家比較敏感的話題，目前爭議也是比較多，但是實際上從耐火時間來看，儲能樓墻體采用加氣混凝土砌塊，耐火時間可以達到8小時。集裝箱的耐火時間參數一般在3小時左右。有關火災蔓延的問題，在站房式設計的時候相對要考慮一些電池的分區，還有電池之間的防火墻隔離，甚至設置卷簾門，自動滅火裝置的集中布置也能保證分區內的持續滅火時間，還保證消防設備不受火災的影響。
耐腐蝕與隔熱方面就不再細說了，集裝箱包括它的三層結構，外面的一層是兩毫米的鋼板，中間要做一個巖棉層，是根據隔熱性能來計算的，內部還有一個墻板，耐火極限也要達到3小時，這些都會新增集裝箱的成本，所以從十幾萬到四十幾萬的成本，集成商都應該考慮這些因素。
綜合以上的優點可以總結兩種方法的適用場景，有關能耗要求高還有高溫、高寒的地區，投資回收期又很長，項目的壽命要求很長，單組電柜多，能量密度大，布置受限的情況，尤其在有短時間更換電池或者改擴建要的場景，我們會推薦站房式的儲能，因為它的布置方式比較靈活。
有關建設周期要求比較短，比如我們江蘇的項目可能只有幾個月的時間項目必須從前期到后面投運，我們會采用預制艙的儲能電站。還有像設備集成商主導的項目他可能會更推薦采用預制艙的方式。
我給大家看一下，深圳寶清電站，是2011年一二期投運，總共16兆瓦時，二期2兆瓦時。深圳比亞迪是40兆瓦時，里面采用的是層架式的電池布置方式。青海格爾木儲能站可能考慮到那邊的氣侯情況，所以用的是站房式，單層建筑，格爾木在占地能量密度方面沒有那么大的優勢。長沙的芙蓉站是2018年剛剛投運的，52兆瓦時，占地面積只有994平方，而且整個建設模式就是按照國網模塊化建設，建筑結構是鋼結構，外墻采用合金板。
這是晉江的儲能站，在晉江的安海鎮，項目規模100兆瓦時，儲能樓占地面積只有2300平方，上面再加上一層，達到150兆瓦時的容量。
我簡單說一下站房式的儲能技術方法，從設計的角度，在規模方面我們會結合負荷曲線還有運行策略進行分析得到儲能站的規模配置，做熱力學有限元仿真分析，包括設備采用分布式、集中式還是設備雙備份的方法，還有暖通設備與儲能設備之間的聯動控制，這個是決定了后面廠用電功耗的情況。消防方面剛才也說了，它的耐火時間相比較較久，在傳感器的布置、風道還有防火墻等等這些環形道路上面都是我們設計站房式儲能上面要考慮的問題。還有電池干擾，部分的通信電纜最好采用槽盒的屏蔽措施。運維方面要設置一些吊物孔，一個電柜通常都是一到兩噸甚至三噸，電柜的搬運是要考慮的。安裝的時候同樣也有一些施工的搬運工具要合理化的定制。運行環境相比較較靈活，可以根據業主的要求獨立設置。無功補償這塊，我們為了降低整個項目的投資我們會采用兩級無功補償，兼顧投資還有它的實用性。在設備選型方面我們要結合運行仿真，合理選用設備，保證設備的選型能讓整個儲能電站在它最經濟的運行方式下運行。
歡迎大家與我聯系，好好的探討一下儲能建設的技術。
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