电化学储能电站典型设计

典型设计 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院组编 DIANHUAXUE CHUNENG DIANZHANDIANXING SHEJI 电化学储能电站 典型设计 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院组编 内容提要 本书分为总论、电化学储能电站典型设计导则、电化学储能电站典型设计方案及实例共3篇。第1篇主要介绍电化学储能电站典型设计的编写原则、内容、特点和依据，以及本典型设计的技术方案及使用说明；第2篇由总及分地介绍了电化学储能电站系统部分、电气一次部分、二次系统、土建部分、消防部分等专业的设计要求；第3篇主要就全户外、半户内两种布置类型进行方案比较，并以江苏省储能电站实际工程中的某16MW/32MWh储能电站、某110.88MW/193.6MWh储能电站和某15MW/45MWh梯次储能电站作为设计实例工程作详解。 本书适用于从事电网侧电化学储能电站设计人员，亦可供非电网侧诸能电站的设计、建设和相关技术研究人员参考。 前言 随着特高压跨区域联网工程的持续推进，以及风电、光伏等新能源规模化快速发展，传统电网现有的调节能力在面对极端天气调峰、大直流单极闭锁故障，以及大规模新能源并网消纳等矛盾时愈发捉襟见肘，电网面临新的系统安全、灵活调度等方面的挑战。储能作为一种灵活性调节资源，可以有效提升电力系统的调节能力，为解决电网备用不足、新能源消纳等问题提供了一种行之有效的新思路。以储能技术为先导，构建以电能为核心的“安全、经济、高效、低碳、共享的综合能源体系，成为未来二十年我国落实“能源革命”战略的必由之路。 储能规模化利用是构建未来以电能为核心的综合能源系统的重要组成部分，是促进电力市场建设的有力支撑，是保障清洁能源并网消纳的重要突破口。电化学储能作为一种重要的储能形式，因其突出的安全性能和成本优势，在大规模固定式储能领域快速拓展应用。国网江苏省电力有限公司以技术创新和解决工程应用难题为目标，积极开展电网侧电化学储能试点示范应用建设，积累了大量先进的工程经验。国网江苏省电力有限公司经济技术研究院作为江苏电网侧电化学储能电站设计的依托单位，以镇江和苏州储能电站、南京梯次储能电站设计为基础，系统性地总结了电化学储能电站设计的相关规范，编写了《电化学储能电站典型设计》。 本书凝聚了江苏省电力行业广大专家学者和工程技术人员的心血和汗水，是国网江苏省电力有限公司推行储能设计标准化建设的重要成果之一。希望该书的出版和应用，能够进一步提高我国储能建设质量和发展水平，为储能的规模化发展奠定坚实的基础。 编者2020年8月 远动信息采集6.2.36.2.4远动信息传送6.2.5电能量计量系统6.2.6调度数据网络及安全防护装置6.2.7相量测量装置（PMU）6.2.8源网荷接入6.2.9储能信息子站 6.3系统及站内通信 6.4计算机监控系统 6.4.1监控范围及功能6.4.2自动发电控制（AGC）6.4.3自动电压控制（AVC）6.4.4一次调频6.4.5设备配置1.站控层设备2.间隔层设备3.网络设备4.就地监控系统 6.5元件保护 6.5.1220（110）kV主变压器保护 9.3.1110-B-10方案9.3.220-B-10方案9.3.320-B-35方案9.3.440-B-35方案9.3.540-B-110方案9.3.6100-B-110方案9.3.7100-B-220方案 第10章应用实例 10.1某16MW/32MWh储能电站 10.1.1方案说明 10.2某110.88MW/193.6MWh储能电站 10.2.2技术方案图纸 10.3某15MW/45MWh梯次储能电站 10.3.1方案说明 1.一次部分2.二次部分3.土建部分 总论第1篇 1.3本书特点 （1）采用模块化思路，实行标准化设计。 对电化学储能电站按照功能区域划分基本模块，各基本模块统一设计原则、技术标准和设计图纸，对于不同的储能电站设计，可实现同一类型模块和设备的通用互换，减少备品备件种类。 （2）应用工业化理念，提高现场建设效率。 户外设备基本采用预制舱式组合设备，同时所有电池均采用预制舱式储能电池，最大限度实现工厂内规模生产、集成调试、标准配送、现场机械化施工，减少现场“湿作业，减少现场安装、接线、调试工作，提高工程建设安全、质量、效率。 （3）典型设计方案覆盖面厂，满足公司系统建设需要。 储能电站的典型设计方案覆盖各种类型储能电站，按照不同系统条件、不同规模和不同布置形式提炼出8种典型设计方案，可满足绝大多数储能电站工程建设需要，最大限度实现了国内储能电站设计和建设的标准统一。 （4）以大规模落地工程为经验累积，提供电网侧储能电站设计指导性建议。 以江苏省储能电站实际工程中的镇江某储能电站、苏州某储能电站和南京某梯次储能电站作为设计实例工程，详细部析了不同类型和规模的电化学储能电站的设计方案，可为多种储能电站的设计提供实际经验的参考。 （5）以最新科研成果为推动助力，不断优化储能电站的关键技术。 随看近年来国内电化学储能电站的不断建设投运，国家江苏省电力有限公司一直坚持开展储能相关科技项目的研究工作，形成了针对储能电站消防系统设计、储能电池梯次利用、储能系统接入研究等较多项研究成果，并将其进行成果转化和总结，进一步支持储能电站的优化设计和关键技术解决。 主要设计依据1.4 1.4.1国家及行业标准 GB5390《发电厂和变电站照明设计技术规定》GB5749《生活饮用水卫生标准》GB8624《建筑材料及制品燃烧性能分级》GB11032《交流无间隙金属氧化物避害器》GB23864《防火封堵材料》GB50006《厂房建筑模数协调标准》GB50009《建筑结构荷载规范》GB50015《建筑给水排水设计标准》GB50016《建筑设计防火规范》GB50019《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50034《建筑照明设计标准》GB50054《低压配电设计规范》GB50116《火灾自动报警系统设计规范》GB50140《建筑灭火器配置设计规范》GB50217《电力工程电缆设计规范》GB50229《火力发电厂与变电站设计防火标准》GB50545《110kV～750kV架空输电线路设计规范》GB50582《室外作业场地照明设计标准》GB50974《消防给水及消火栓系统技术规范》GB51048《电化学储能电站设计规范》GB51309《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》 GB/T12325《电能质量供电电压偏差》GB/T12326《电能质量电压波动和闪变》GB/T14549《电能质量公用电网谐波》GB/T15543《电能质量三相电压不平衡》 GB/T17626.7《电磁兼容试验和测量技术供电系统及所连设备谐波、间谐波的测量和测量仪器导则》 GB/T19862《电能质量监测设备通用要求》 GB/T24337《电能质量公用电网间谐波》 GB/T34120《电化学储能系统储能变流器技术规范》 GB/T34131《电化学储能电站用锂离子电池管理系统技术规范》 GB/T36547《电化学储能系统接入电网技术规定》 GBJ22《厂矿道路设计规范》 DL/T476《电力系统实时数据通信应用层协议》 DL/T584《3kV～110kV电网继电保护装置运行整定规程》 DL/T634.5104《远动设备及系统第5-104部分：传输规约采用标准传输协议集的IEC60870-5-101网络访问》 DL/T667《远动设备及系统第5部分：传输规约第103篇：继电保护设备信息接口配套标准》 DL/T860《变电站通信网络和系统》 DL/T5002《地区电网调度自动化设计技术规程》 第二字段“分类号"：代表布置形式，A代表全户外，B代表半户内。 第三字段“电压等级”：10代表高压汇流母线电压等级为10kV，35代表代表高压汇流母线电压等级为35kV，110代表高压汇流母线电压等级为110kV，220代表高压汇流母线电压等级为220kV。 2.2.3半户内方案 半户内方案总体概况如表2-1所示。 2.2.4全户外方案 全户外方案总体概况如表2-2所示。 2.3常规储能电站使用说明 则”和“第3篇电化学储能电站典型设计方案及实例”三个部分。 读者在使用本典型设计时，首先应根据第1章内容熟悉和了解储能电站设计的基本原则、设计特点、依据文件和典型方案概述，以对储能电站的设计有一个整体把控。 其次，本典型设计共包含8种典型方案，针对某个储能电站的设计，可根据工程规模选择相匹配的方案。当工程规模与典型方案的建设规模一致或者相差不大时，可参考相近规模的典型设计方案并进行合理优化设计；当工程规模与典型设计方案的建设规模差距较大时，可参考本典型设计的基础典型方案，并按照储能电站设计原则、关键技术和各专业说明，因地制宜、合理优化后形成最终设计方案。 2.4梯次储能电站使用说明 在实际使用过程中，可参考本典型设计方案进行梯次储能电站的设计，并注意以下几点： （1）电池选型。 对于梯次储能电站，一般使用的是退役电池。电池类型包括磷酸铁锂电池、铅酸电池等。 （2）电池和BMS性能要求。 与新电池相比，梯次电池除容量、能量特性下降和内阻增加以外，安全隐患增大，电池之间的不一致性显著增大，再利用过程中的安全可靠性下降，因此在梯次利用之前，需要达到国家规定的相关性能要求，以满足应用场景的需求和在该场景下使用的经济价值。 电池本体的保护主要由电池管理系统（BMS，BatteryManagementSystem）实现。BMS主要实现功能包括：准确估测电池组的荷电状态；动态监测电池组的工作状态；单体电池间、电池组间的均衡。考虑到梯次利用储能电池源头多样性、动力电池BMS系统与储能电站BMS系统存在较大差异，梯次利用储能系统对BMS性能提出了更高的可靠性和适应性要求。为保证储能系统及储能电池的安全可靠持续运行，BMS系统 在利用之前，也同样需要达到国家规定的相关性能要求。 （3）单元接线。 梯次电池规模化应用需要优化电池组串方案，采用小功率储能变流器（PowerConversionSystem，PCS）及升压变压器成套设计，可采用多支路PCS方案，以减少电池单元容量，尽量保证各单元内电池性能一致。 （4）电池舱布置及防火。 MW/2.2MWh，舱体长宽为12200mmx2800mm。梯次储能电站由于大规模使用退役电池，电池质量难以完全把控，充放电时电压不一致。为了减小事故时的损失，储能电池单体容量可在原1.26MW/2.2MWh基础上进行降低，电池舱尺寸有所减小，与之配套的PCS容量和升压变压器容量也需同步减小。 磷酸铁锂梯次电池采用预制舱户外布置形式，在确保安全的基础上尽量提高土地利用效率。由于舱体尺寸较常规电池舱大幅度减小，因此可采用“十学形”防火墙等布置方案以减小防火分区，发生事故时，可将损失控制在一定范围内。 第2篇电化学储能电站典型设计导则 （2）配电装置布局应统筹考虑按二次设备模块化布置，便于安装、消防、扩建、运维、检修及试验工作。（3）一次设备不采用智能组件（合并单元、智能终端），采用常规互感器。（4）一次设备与二次设备之间宜采用预制电缆标准化连接；二次设备之间宜采用预制光缆标准化连接。（5）建筑物采用混凝土框架结构或砌体结构。（6）建、构筑物基础采用标准化尺寸，根据实际情况采用现浇及预制件。 第4章系统部分 4.1容量配置 储能电站容量配置应在综合考虑储能电池本体、运行控制、站址条件等多种因素前提下，以提高电网运行可靠性、安全性、经济性为目的，寻求最优容量配置方案。电池持续充放电时间可根据储能电站功能定位确定。 4.2电池选型 4.2.1电池选型基本原则 储能电池选型应满足以下原则： （1）便于实现多方式组合，满足系统要求的工作电压和工作电流。 （2）具有高安全性、可靠性，在极限情况下，即使发生故障也在受控范围，不应该发生爆炸、燃烧等危及电站安全