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储能系统项目方案书
XXXX258KWh磷酸铁锂
商业储能项目
编制单位:
XXXX有限公司
2021年8月20日
1、前言
近年以来,随着我国经济和社会发展进入十三五阶段,面对能源革命的新要求,国务院、发改委、能源局针对我国能源结构调整、技术创新、装备制造、智能电网建设、可再生能源发展等领域出台了多项政策,指导我国能源工作的开展。
相关政策的出台也将为储能在能源互联网、电力辅助服务、微网、多能互补等领域拓展应用市场注入一针强心剂。
作为安全清洁高效的现代能源技术,储能在《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》、《国家创新驱动发展战略纲要》、《中国制造2025—能源装备实施方案》等多项政策中被重点提及。
相关政策清晰描绘了储能技术的创新发展路线图,重点技术攻关、试验示范、推广应用的储能技术装备。
作为实现能源互联和智慧用能、提升可再生能源消纳能力、促进多种能源优化互补的重要支撑技术,储能的重要性和应用价值也在《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》中得到体现。
电池储能系统在电网中的作用主要体现在以下几个方面:
1)减小负荷峰谷差,提高系统效率和设备利用率。
如果电力系统能够大规模地储存电能,即在晚间负荷低谷时段将电能储存起来,白天负荷高峰时段再将其释放出来,就能在一定程度上缓解负荷高峰期的缺电状况,提高系统效率和输配电设备的利用率,延缓新的发电机组和输电线路的建设,节约大量投资;
2)平滑间歇性电源功率波动。
安装储能装置,能够提供快速的有功支撑,增强电网调频、调峰能力,大幅提高电网接纳可再生能源的能力,促进可再生能源的集约化开发和利用;
3)增加备用容量,提高电网安全稳定性和供电质量。
要保证供电安全,就要求系统具有足够的备用容量。
在电力系统遇到大的扰动时,储能装置可以在瞬时吸收或释放能量,避免系统失稳,恢复正常运行。
大规模的储能电站项目建设一方面加快储能技术的不断发展,另一方面促进储能产业链上下游生产成本的下降,为储能电站商业化运行带来新的利润增长点和经济可行性。
随着新一轮电改在促进清洁能源多发满发、输配电价改革、电力市场建设、售电侧改革、开展需求响应等方面持续推进,电力市场化程度的提升为打开储能潜在市场、拓展储能商业模式、挖掘储能应用价值创造了巨大契机。
特别是全国各地售电公司纷纷成立和输配电价改革政策相继落地,为构建灵活多样的电价机制、拓展储能在用户侧的应用创造了更为广阔的空间。
2021年,国家发改委、能源局联合发布《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》,通知指出,鼓励发电企业通过自建或购买调峰储能能力的方式,增加可再生能源发电装机并网规模。
超过电网企业保障性并网以外的规模初期按照功率15%的挂钩比例(时长4小时以上)配建调峰能力,按照20%以上挂钩比例进行配建的优先并网。
通知明确提出,实现碳达峰关键在促进可再生能源发展,促进可再生能源发展关键在于消纳,保障可再生能源消纳关键在于电网接入、调峰和储能。
对按规定比例要求配建储能或调峰能力的可再生能源发电企业,经电网企业按程序认定后,可安排相应装机并网。
鼓励可再生能源发电企业与新增抽水蓄能和储能电站等签订新增消纳能力的协议或合同,明确市场化调峰资源的建设、运营等责任义务。
签订储能或调峰能力合同的可再生能源发电企业,经电网企业按程序认定后,可安排相应装机并网。
2021年上半年,在“碳达峰碳中和”宏伟目标引领下,全国锂离子电池行业实现快速增长,产品质量和工艺技术不断提高,光储一体化趋势明显,投融资市场活跃,产业发展趋势整体向好。
据行业协会、研究机构等测算,上半年全国锂离子电池产量超过110GWh,同比增长超过60%,产品出口大幅增长,据海关数据,上半年锂离子电池出口总额743亿元,同比增长接近70%。
可以看出,商业化电池储能电站,尤其是面向工商业用户的电池储能电站将是未来5-10年需求侧电改的一大重点。
2、公司简介
XXXX有限公司是一家XXXXX
3、概述
3.1项目背景
XXXX股份有限公司拟在杭州XXXX有限公司建储能系统项目,实现厂区削峰填谷功能,减小负荷峰谷差,平滑间歇性电源功率波动。
同时测试协能科技电池PCAK、BMS、PCS、EMS等产品。
3.2项目概况
XXXX258kWh工商业储能项目(以下简称“XX储能项目”)建设地点位于杭州XXXX有限公司(以下简称“XX公司”)厂区内部。
XXXX有限公司位于浙江省杭州市萧山区,厂区占地面积约10000平米项目周边交通便利。
厂区位于浙江省杭州市萧山区富天路,道路宽阔,周边四通八达,项目厂区内道路平整,整体硬化到位,物资车辆出入较为便利。
图3-1杭州XXXX有限公司地理位置图
本项目拟在XX公司建造60kW/258wWh削峰填谷储能项目工程,项目配置1台储能集装箱,储能集装箱的PCS规格为2台30kW,PCS出线经配电柜接入至厂区380V低压配电室。
该储能系统具有集成度高、智能管理、安全可靠、系统可扩展、可在脱网情况下运行等优势。
3.3编制依据
除本技术规范书特别规定外,卖方所提供的设备均应按下列标准和规定进行设计、制造、检验和安装。
所用的标准必须是其最新版本。
如果这些标准内容矛盾时,应按最高标准的条款执行或按双方商定的标准执行。
如果卖方选用标书规定以外的标准时,需提交与这种替换标准相当的或优于标书规定标准的证明。
主要引用标准如下:
GB50009《建筑结构荷载规范》
GB50007《建筑地基基础设计规范》
GB50010《混凝土结构设计规范》
GB50011《建筑抗震设计规范》
GB50017《钢结构设计规范》
DL/T5457《变电站建筑结构设计技术规程》
GB50052-2009《供配电系统设计规范》
GB51048-2014《电化学储能电站设计规范》
GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》
GB50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》
DL/T527-2002《静态继电保护装置逆变电源技术条件》
GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》
GB14048.1-2006《低压开关设备和控制设备第1部分:
总则》
GB/T12325-2008《电能质量供电电压允许偏差》
GB/T15543-2008《电能质量三相电压允许不平衡度》
GB/T12326-2008《电能质量电压波动和闪变》
GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》
GB50217-2018《电力工程电缆设计规范》
GB/T15945-1995《电能质量电力系统频率允许偏差》
GB50054-2011《低压配电设计规范》
GB/T151531-1998《远动设备及系统第2部分:
工作条件第1篇:
电源和电磁兼容性》
GB/T1594-2008《电能质量电力系统频率偏差》
GB/T1762630《电磁兼容试验和测量技术电能质量测量方法》
GB/T34129-2017《微电网接人电力系统技术规定》
T/CEC173-2018《分布式储能并网规范》
GB/T36276《电力储能用锂离子电池》
GB/T34120《电化学储能系统储能变流器技术规范》
GB/T17945《消防应急照明和疏散指示系统》
GB/T50034《建筑照明设计标准》
DL/T5390《发电厂和变电站照明设计技术规定》
DL/T5003《电力系统调度自动化设计技术规程》
DL/T5202《电力通信运行管理规程》
DL/T544《电力通信运行管理规程》
4、站点现状
项目所在的XX公司由厂区1#电房1#变压器供电,其容量分别为630kVA。
XX公司电房现有10kV进线一路回路,来自10kVXX线。
厂区配电房主接线见图4-1所示。
图4-1厂区配电房主接线图
5、负荷分析
XXXX提供了2020年厂区的负荷数据,暂定以2020年负荷数据为设计依据,具体如图5-1、5-2、5-3所示。
图5-1负荷功率曲线(天/15min)
图5-2月电量曲线
图5-3最高日负荷
由数据分析可知,负荷平均功率为46.8kW。
在午后和晚上,能达到70kW。
测得的峰值瞬时负荷为120kW,预估最大年峰值负荷约150kW。
XX公司在电价高峰时段(9:
00到12:
00)耗电量大,在另一电价高峰时段(19:
00到22:
00)时逐时功率也大部分落在在55kW以上,在电价谷时段(0:
00到8:
00)功耗稳定在20到40kW之间,具有明显的峰谷特性。
XX公司用电负载具有较好的储能负载消纳能力,故可设置集装箱储能系统进行峰谷运行,具有较好的经济效益。
6、储能系统方案
6.1系统整体要求
电化学储能系统主要由储能电池、电池管理系统(BMS)、储能变流器(PCS)、储能电站站端监控系统、视频监控装置及安防系统、温度控制系统、消防系统等设备和系统构成。
系统示意图如下图6-1所示:
图6-1储能系统示意图
储能电池是最基本的能量存储介质。
电池管理系统对储能电池电压、温度、告警等信号进行在线监测,监测数据提供给PCS实施闭环控制。
PCS是储能系统的核心设备,用于实现储能电池与交流电网间的交直流变换和双向能量传递。
PCS主要由DC/AC双向变流器、控制单元构成。
国内形成了PCS产品体系,功率从10kW~1000kW均有成熟产品。
大部分厂家生产的储能系统PCS可支持铅炭、锂离子电池、钠硫、液流电池等多种类型电池的接入和通讯。
EMS可实现实时监控、功率控制等功能。
通过采集电池组、储能单元的实时数据,实现储能系统的实时监测和控制;通过控制PCS有功功率实现储能系统有功控制,满足电网调峰调频需求;通过控制PCS无功功率实现储能系统无功电压控制,满足电网安全稳定运行需要(预留)
6.2电站配置
本工程设计258KWh储能系统,由2套130KWh储能系统,经2台30KWPCS变流后,并入配电箱预留间隔与电网相连,实现储能系统正常运行。
储能系统由2套并列放置的电池堆和PCS放置在厂区板房内,总配置电量258KWh。
储能系统存储介质为高安全、高循环寿命的磷酸铁锂电池,每套储能系统的电池模组由24节电池以1并24串的形式构成,8个电池PACK串联为电池簇,2个电池簇最终并联接入PCS。
电池簇设计电压范围为384~700.8V,满足PCS直流侧200V~750V电压范围要求。
6.3系统结构
图6-2系统结构图
6.4充放电策略
浙江省峰谷电信息,工业用电电价表见表6-1。
控制储能系统充电形式为每日一充二放,放电深度控制在10%SOC~90%SOC。
充电时间为22:
00-次日8:
00,放电时间为9:
00-11:
00、19:
00-22:
00,共计6h。
每日总放电量约为206kWh。
表6-1浙江省峰谷电信息表
名称
时间段
时长
尖峰时段
19:
00-21:
00
2h
高峰时段
8:
00-11:
00
3h
13:
00-19:
00
6h
21:
00-22:
00
1h
低谷时段
11:
00-13:
00
2h
22:
00-次日8:
00
10h
7、储能电池及BMS技术
7.1电池系统
7.1.1储能电池系统布局及组成
储能电池系统布局示意图如图7-1所示:
图7-1储能电池系统布局示意图
7.1.2电池簇
电池簇采用电芯→电池模块→电池簇的多层级模块化设计思路。
(1)电芯
本工程选用国轩高科3.2V/105ah磷酸铁锂电池,共用768个,总容量为258.048kWh。
该电芯有循环寿命高、存储寿命高、环境适应能力强、安全性高等特点。
电芯效果如图7-2,电芯参数如下表7-1:
图7-2电芯简图
表7-1电芯参数表
单体电池
电池种类
单芯标称电压
单芯容量/Ah
放电截止电压
磷酸铁锂
3.2V
105
3.65V
(2)电池模块
本工程电池模块应采用插箱形式,电池模块采用1P24S的连接方式。
将24个电芯串接成一个电池PACK,同时配有协能科技BMU-30-004从控系统、8W风扇系统、采集线束等相关电气件和结构件,共计有16个电池模组。
参数见表7-2:
表7-2电池模块参数表
电池模组
串并联情况
单芯容量/Ah
额定电压
放电截止电压
电量
1P24S
105
76.8V
87.6V
8.064kWh
电池串并联铝排与单体正/负极耳应保证机械可靠性和导电性能。
模组应通过螺栓固定于电池模块结构件框架,并配置绝缘板,保证电池单体和底架的绝缘。
每个模块内需布置足够数量温度采集点,一旦电池模块温度过大或温升过快系统可快速响应作出相应的告警和保护动作。
出于系统安全考虑,每节单体电池应提供了单独的电压采集和温度采集。
电池模块配置BMU以实现各单体电压、温度的采集和数据上传,模块之间使用菊花链的通讯方式。
电池模块对外输出采用快接插头,并采用前出线方式,方便工作人员检查维护。
电池模块如图7-3。
图7-3电池模块
(3)电池簇
本工程将8个电池模组串联成一个电池簇,共有4个电池簇,电池簇出线分别接入30kWPCS。
电池簇技术参数如表7-3所示:
表7-3电池簇技术参数表
序号
性能指标
参数
备注
1
标称电压(V)
614.4
2
工作电压范围
最低电压(V)
384
最高电压(V)
700.8
3
机构尺寸(W×D×H/mm)
980×510×1500
4
防护等级
IP20
5
冷却方式
智能风冷
电池簇采用框架式电池柜结构,电池模块和高压箱通过螺栓固定。
每套电池簇由电池模块串联而成,基本规格参数见表7-1。
电池簇安装在电池架上,通过动力电缆连接,经串联后汇聚到高压箱上。
电池簇如图7-4所示。
图7-4电池簇图片
7.2BMS技术
电池管理系统(BMS)核心的功能是根据使用环境对电池的充放电过程进行监测和控制,从而确保电池安全的前提下最大限度的利用电池存储的能量。
电池管理系统(BMS)包含BAU,BCU,BMU三个层级。
本工程共使用协能科技的2个BAU、4个BCU、16个BMU,将BCU放于高压箱内,共有4个1500V高压箱。
1个BAU+2个BCU+8个BMU组成一个BMS系统,共有2个BMS系统。
7.2.1BMS架构与功能
电池管理系统总体架构如图7-5所示:
图7-5电池管理系统总体架构
BMS具有以下功能:
1)电池模拟量高精度监测功能
2)SOC估算
3)电池系统报警以及保护功能
4)充、放电管理
5)均衡功能
6)运行参数设定功能(接入调试上位机后可进行设定)
7)故障运行模式
8)环流控制模式
9)本电池管理系统能够在本地对电池系统的各项运行状态进行显示包括(接入调试上位机后可进行设定)
7.2.2从控BMU
BMU通过高精度的电压、温度采集电路,配合数模转换电路,实现了准确的单体电压、电池组串电压、电流、温度的采集功能。
同时根据相应的均衡策略,可针对电池单体间的电量不一致进行均衡。
所采集的信息通过通信接口上传至电池集中管理单元BCU,图片如7-6所示。
图7-6BMU图片
BMU根据系统需要,具有如下特点:
1)采集线束组成及接插件均标准化设计,方便更换。
2)采用主流的电池管理系统高集成度电压采集集成电路,能够实现单体电压和温度的采集,采集稳定的周期小于100ms。
3)电压采集考虑电池的回滞特性,在充放电过程中,对瞬时电流造成的电压波动进行滤波过滤,使得电池充放电电压曲线更真实反映电池的精确单体电压。
4)温度采集范围为-40℃至125℃。
5)BMU可实现电池单体电压均衡。
6)BMU设计应满足相应的电气隔离安全要求。
7)采用主动均衡技术,提高电池性能、安全性、可靠性、延长电池寿命。
8)具体参数见表7-4
表7-4BMU参数表
类型
参数情况
备注
电池规格
磷酸铁锂
温度检测
检测数量
28个
检测精度
±1℃
检测范围
-40~125℃
电压检测
检测数量
24个电芯
检测精度
±3mV
检测范围
0~5V
均衡类型
被动均衡
均衡电流
100mA
通信接口
CAN/ISOSPI
BMU供电
12/24VDC
7.2.3主控BCU
BCU测量电池簇电压、电池簇的充放电电流、电池簇的高压绝缘电阻。
BCU将BMU的采集数据汇总,可进行电池簇容量估计、电池簇剩余电量(SOC)估计、电池簇故障诊断、均衡控制策略、安全控制策略等。
通过CAN网络与电池堆管理系统(BAU)通讯,上传电池状态及电池报警等信息,图片如7-7所示。
图7-7BCU图片
BCU根据所述功能需要,其设计特点是:
1)实现高精度电流采集,要求测量范围双向300A,信号采集AD精度不小于16位,采集最小周期100ms且周期可调整,对电流传感器的零点漂移具有校准作用。
2)高压绝缘电阻检测,要求对相关电路进行电气隔离,并充分考虑噪声影响,对采集数据进行多次采样求平均,得到更准确的采样值。
3)高精度的SOC估算,要求误差在5%以内并动态校准。
4)准确估算SOH,实时对SOH进行校准。
5)充放电策略及均衡算法实现,充放电过程全程实时监控,发现异常立刻采取报警、保护动作,确保电池安全,在电池使用过程中,根据电池的电压、SOC等指标差异性,灵活安排均衡策略,消除电池组内、电池组间的差异性。
6)电池管理系统包含故障保护功能,针对不同的告警会进行限功率、退出或停机等不同保护策略。
7)具体参数如表7-5。
表7-5BMU参数表
类型
具体参数
备注
电流采样范围
-600A~600A
电流采样精度
±0.5%FSR
总电压检测范围(V)
0V~1500V
总电压检测精度(%)
±0.5%FSR
SOC精度(%)
5%
绝缘检测
支持最高电压1500V,检测误差小于10%
通信接口
3×CAN/2×485
BCU供电
24VDC
BCU功耗
≤2.5W(不包括继电器)
7.2.4总控BAU
对BCU、BMU上传的电池实时数据进行数值计算、性能分析、报警处理及记录存储,此外,可实现与PCS主机、储能调度监控系统等进行联动控制,根据输出功率要求及各组电池的SOC优化负荷控制策略,保证所有电池组的总运行时间趋于一致。
图片如7-8所示。
图7-8BCU图片
BAU根据所述功能需要,其设计特点是:
1)BAU与PCS通讯
BAU与PCS之间采用CAN、以太网或RS485通信接口,采用MODBUSTCP或MODBUSRTU通信协议。
BAU将影响设备安全运行的信号汇总成一个急停信号,该急停信号通过干节点回路接入PCS。
2)数据采集及保护功能
BAU可以采集预制室内辅助设备工作状态,如烟雾传感器、温度传感器、湿度传感器等安全设备,形成电气联锁,一旦检测到故障,将启动声光报警通过远程通信的方式通知用户,同时切断正在运行的储能设备。
3)历史数据存储
BAU具备在线数据存储功能,储能系统运行过程中的参数设置动作、运行报警状态、保护动作过程、充放电开始/结束事件、电池容量及健康状态等信息都可以自动同步保存,时间记录可精确到秒,并掉电保持。
数据存储应采用标准的U盘,数据信息需长时间存储。
具备完善的故障录波功能,能够对故障前后的状态量有效记录。
记录不少于100000条事件及不少于90天的历史数据。
4)对时功能
BAU支持网络对时功能。
5)人机界面(HMI)
人机界面可选7寸或10寸组态液晶屏,通过RS485与总控通信获取电池系统数据并显示,主要用于状态检测、数据显示、数据存储以及参数设置。
a)运行状态管理功能
BAU具有储能设备运行状态管理的功能,能够根据制定的控制策略自动运行,也可以通过远方和就地实现手动控制运行。
b)监测显示数据
对电池系统的各项运行状态可在就地显示设备(触摸屏)上显示,如系统状态,模拟量信息,报警和保护信息等。
c)运行参数设置
支持电池组安装及运行参数的设置、网络通讯参数设置、接口协议参数设置、BCU参数设置。
d)权限密码管理功能
BAU具有操作权限密码管理功能,任何改变运行方式和运行参数的操作均需要权限确认。
6)具体参数见表7-6。
表7-6BAU参数表
类型
具体参数
备注
使用环境
温度
-25℃~65℃
湿度
5~95%
海拔
≤3000m
隔离CAN
数量
3
速率
250k/500k
隔离485
数量
5
速率
57600
以太网接口
数量
4
干接点
数量
4
电压
32V
电流
500mA
7.3高压箱
高压箱集成接触器、断路器、熔丝、电流传感器、预充电阻、电池组管理单元、高压管理单元等。
高压箱为电池簇接入后级电力电子设备直流端的保护和控制单元,具备电流检测、同步控制隔离输出、短路保护、过流保护、电芯过充过放保护、电芯过温保护、通信异常保护、高压检测、绝缘阻抗检测、电池组SOC计算等功能,同时也对电池模块进行监控、管理、诊断。
本工程共有4个高压箱,选用协能1500V标准高压箱。
高压箱参数表如表7-7,外观如图7-9所示。
表7-7高压箱技术参数
序号
性能指标
规格参数
备注
1
最大电压(Vdc)
1000
2
最大电流(A)
105
3
通讯接口
CAN、RS485
4
尺寸(W*D*H,mm)
待定
5
重量(kg)
待定
图7-9高压箱图片
7.4汇流柜
汇流柜内部集成SBAU、急停开关、断路器、显示屏、供电继电器及指示灯蜂鸣器等。
组成系统主控,模块设计,利于系统集成。
具备蜂鸣器与指示灯,显示整个系统的工作状态。
7.5集中控制屏
系统配置7~15寸工业触摸显示屏,用于数据监测,集成在汇流柜内部。
可显示总电压、充放电电流,SOC,统计单体电压,详细单体电压,电池组温度、故障报警等;具有信息记录功能,能够记录三个月内所有报警信息及故障信息;
另外上位机具备工程模式,通过工程模式可以对系统进行参数设置,强制开启及关断继电器等。
便于系统发生故障时对电池组进行充放电等。
进入工程模式操作后,必须重启系统,才能恢复正常自动控制状态,界面如图7-10所示。
图7-10集中控制屏界面
8、储能集装箱
8.1尺寸
本工程采用20英尺集装箱,长为6058mm,宽为2438mm,高不宜超过2591mm。
最终尺寸以厂家为准。
室内预留配电网位置。
集装箱外观如图8-1所示。
图8-1储能集装箱图
8.2技术指标
舱体主要技术指标应满足以下要求:
1)舱体防护等级:
IP55;
2)舱体耐火极限:
1.5h;
3)舱体荷载能力:
地面活载4kN/m2,不上人屋面荷载不低于0.5kN/m2,最大雪压应满足当地雪荷载数值;
4)舱体防腐蚀要求:
中性盐雾试验最少336小时后无金属基体腐蚀现象;
5)舱体内部环境控制目标温度:
15℃~35℃;
6)室内相对湿度:
不大于75
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