中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：6月19—20日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)聯(lián)合江蘇省電機(jī)工程學(xué)會(huì)、全國(guó)微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)、中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司等單位聯(lián)合召開的“第三屆全國(guó)電網(wǎng)側(cè)暨用戶側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用高層研討會(huì)”在蘇州市太湖假日酒店舉行。來(lái)自電網(wǎng)公司、設(shè)計(jì)院、系統(tǒng)集成商、電池生產(chǎn)企業(yè)、投融資機(jī)構(gòu)等單位的280余位嘉賓出席了本次研討會(huì)。
會(huì)議期間，中國(guó)電建集團(tuán)福建省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司配網(wǎng)公司副總經(jīng)理陳旭海分享了主題報(bào)告《站房式鋰離子電池儲(chǔ)能電站價(jià)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(huì)，跟各位同仁相聚在太湖，我們一起探討一下儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展。本次研討主要從設(shè)計(jì)技術(shù)方面探討一下站房式和預(yù)制艙式兩種方案。
首先介紹一下預(yù)制艙式的電力設(shè)施，實(shí)際上預(yù)制艙式在電力系統(tǒng)領(lǐng)域早有先例，早在2013-2014年國(guó)網(wǎng)即開始試點(diǎn)，模塊化智能站、新一代智能站先后開始大范圍調(diào)研、示范建設(shè)、逐步推廣。2015年開始35-110kV的變電站已全面推行模塊化建設(shè)的模式，2017年220kV及以上變電站也開始全面推廣模塊化建設(shè)模式。上圖是傳統(tǒng)建設(shè)方式的智能變電站，有戶內(nèi)、半戶內(nèi)和戶外三種方式。最上面的三個(gè)圖就是傳統(tǒng)的智能變電站，它一般以戶內(nèi)、半戶內(nèi)還有戶外這三種主要的模式，戶內(nèi)就是所有的設(shè)備都放在混凝土建筑內(nèi)，戶外變就是只有二次設(shè)備放在戶內(nèi)，其他的一次設(shè)備都放在戶外。中間三幅圖是模塊化建設(shè)模式的智能變電站，戶外變采用裝配式建筑+預(yù)制艙的建設(shè)方案，對(duì)于戶外變電站我們一般采用裝配式建筑還有預(yù)制艙兩個(gè)相結(jié)合，預(yù)制艙內(nèi)安裝二次設(shè)備，布置在一次設(shè)備的附近。對(duì)于戶內(nèi)變，所有設(shè)備都是放在鋼結(jié)構(gòu)的站房?jī)?nèi)。裝配式建筑一般是采用鋼結(jié)構(gòu)的建筑，外墻一般采用合金板，最大優(yōu)點(diǎn)就可以現(xiàn)場(chǎng)沒有濕法作業(yè)，大部分設(shè)備的安裝、調(diào)試都是在工廠里面預(yù)制完成的。
最下面這個(gè)就是預(yù)裝式變電站，現(xiàn)在沒有做大范圍的推廣，只是局部的試用。
我們來(lái)看一下它主要的優(yōu)缺點(diǎn)，模塊化建設(shè)最大的優(yōu)點(diǎn)就是它的工期短，施工環(huán)保，這是毋庸置疑的。缺點(diǎn)一個(gè)是照明、暖通的能耗相對(duì)比較高，擴(kuò)建因?yàn)橐恍╇娋嚯x的問題，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的全停，這也是不可避免的。艙體的下方還有電纜層的配套設(shè)施會(huì)增加一些，尤其在預(yù)制艙下面的電纜通道維護(hù)有一定的困難。如果全站采用預(yù)制艙式的安裝，尤其大規(guī)模電力設(shè)施，需要多層布置，集裝箱結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致造價(jià)大幅增加，同樣的占地面積內(nèi)，很多設(shè)備就要采用緊湊型的設(shè)備，這也會(huì)導(dǎo)致一些設(shè)備價(jià)格上面的投資的提高。
參照國(guó)網(wǎng)的方案可以看到，一次設(shè)備大部分還是放在鋼結(jié)構(gòu)的建筑內(nèi)部，二次設(shè)備大部分是推薦采用預(yù)制艙的方案，這是為什么呢？一個(gè)是剛才我們說(shuō)的，一方面是考慮一次設(shè)備放在預(yù)制艙內(nèi)安裝有一定的限制，另外就是對(duì)設(shè)備的維護(hù)結(jié)構(gòu)，艙體的生命周期上的匹配性。國(guó)網(wǎng)的全生命周期管理規(guī)定要求一次設(shè)備周期是50年，二次設(shè)備達(dá)到25年的要求，而預(yù)制艙能不能達(dá)到25-30年的要求，這應(yīng)該已經(jīng)是極限值。所以一次設(shè)備一般不會(huì)放在集裝箱里面。
看看儲(chǔ)能站的建設(shè)模式，主要也是預(yù)制艙和站房式兩種方式，對(duì)應(yīng)的是戶內(nèi)與戶外布置兩種方式，目前采用較多的還是預(yù)制艙方案，也就是所有儲(chǔ)能設(shè)備全部采用集裝箱布置于戶外的方式。站房式方案具有代表性的有深圳寶清、比亞迪、格爾木長(zhǎng)沙的儲(chǔ)能電站，最后這個(gè)是我們正在建設(shè)中的晉江儲(chǔ)能站。對(duì)于戶內(nèi)的電池安裝，也有柜式安裝和機(jī)架式安裝兩種方式，也各有優(yōu)缺點(diǎn)。
總的來(lái)說(shuō)，對(duì)比兩種方案，我這邊列了幾點(diǎn)它的優(yōu)缺點(diǎn)。首先我們從能耗和廠用電率方面來(lái)看。儲(chǔ)能占的廠用電，大家做運(yùn)行的同事應(yīng)該都知道，廠用電決定了儲(chǔ)能站的綜合轉(zhuǎn)換效率，一般儲(chǔ)能站的綜合轉(zhuǎn)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(chǔ)能站的綜合轉(zhuǎn)換效率又要打個(gè)折扣。
尤其是在夏季的時(shí)候，調(diào)峰的要求又很高，如果遇到南方還有水電站的汛期、枯水期的問題，水電站的調(diào)峰調(diào)頻能力不夠，這時(shí)候儲(chǔ)能站也是需要在夏季進(jìn)行加大調(diào)峰的能力。這個(gè)時(shí)候往往儲(chǔ)能設(shè)備的負(fù)荷要求又很高，又是在夏季，所以設(shè)備環(huán)境的隔熱性能是直接決定了儲(chǔ)能站的綜合效率。
另外在北方，其實(shí)也同樣面臨這樣的問題，因?yàn)樵谀戏街饕墙禍?，北方的電池性能?duì)它的輔熱要求也是很高的。我們知道電池如果在低溫的情況下是不能完全充放電的。一個(gè)2兆瓦時(shí)的40尺的集裝箱可能有兩到三臺(tái)空調(diào)的配置，甚至有更高的工業(yè)空調(diào)保證雙套備份。但是在室內(nèi)的話，混凝土的建筑相對(duì)集裝箱來(lái)說(shuō)，它的隔熱性能會(huì)比較好一些，所以它的設(shè)備方面通常兩兆瓦時(shí)的可能配一臺(tái)空調(diào)就已經(jīng)足夠了。室內(nèi)暖通屬于內(nèi)循環(huán)，因此在房間里面整個(gè)環(huán)境溫度基本不會(huì)超過30度，環(huán)境相對(duì)較好，即使一臺(tái)空調(diào)停機(jī)了，也不會(huì)影響到其他的設(shè)備，電池還是可以正常運(yùn)行一段時(shí)間。但是在集裝箱內(nèi)，比如在夏天、冬天，它在高溫高寒的地方暴露在戶外，一臺(tái)空調(diào)要是停機(jī)的時(shí)候，可能整個(gè)預(yù)制艙里面的儲(chǔ)能系統(tǒng)就要全部停機(jī)。總的來(lái)說(shuō)，100兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能電站暖通的功率配置可以節(jié)省大概60到70千瓦，如果在極端的天氣情況下每日可以節(jié)省近千度電，綜合效率又可以提高2個(gè)百分點(diǎn)。
我們看一下土建和輔助設(shè)備綜合的造價(jià)。集裝箱的造價(jià)根據(jù)其工藝還有輔助設(shè)備配套的不同，一般一個(gè)集裝箱是15萬(wàn)到40萬(wàn)不等，因?yàn)榇蠹液芏嗍窃O(shè)備制造商，集裝箱鐵皮成本本身不高，但是對(duì)于一個(gè)集裝箱的防腐措施還有里面的輔助設(shè)備配套的情況，這個(gè)成本差異是非常大的。100兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能站一般需要60到80個(gè)集裝箱，至少是一千多萬(wàn)的投資成本。這里面還不包含一些電纜溝、步道、基礎(chǔ)的土建費(fèi)用。我們晉江100MWh儲(chǔ)能電站，兩千多平方占地面積的電池樓可以布置150兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能電池。整個(gè)廠房造價(jià)也就在一千萬(wàn)以內(nèi)，加上空調(diào)、風(fēng)機(jī)、安防等等也可以共用，如果規(guī)模比較大的話，輔助設(shè)備的費(fèi)用就會(huì)被總的設(shè)備成本進(jìn)一步的攤薄?？偟膩?lái)說(shuō)造價(jià)我這邊不做評(píng)判，具體的工程可以具體分析造價(jià)究竟是哪種方式會(huì)更省。
建設(shè)周期方面，站房式方案一般6個(gè)月，設(shè)計(jì)施工交叉，設(shè)計(jì)貫穿建設(shè)始終。但前期配合多、廠內(nèi)集成工作量多、現(xiàn)場(chǎng)1-2個(gè)月。但實(shí)際全過程下來(lái)，可能只有1-2個(gè)月的差異，因?yàn)橹皇菍⒃痊F(xiàn)場(chǎng)的工作量轉(zhuǎn)移到工廠和前期設(shè)計(jì)配合的工作量上。
從工程質(zhì)量的角度我們來(lái)考慮，兩種模式對(duì)應(yīng)的是設(shè)計(jì)主導(dǎo)和設(shè)備主導(dǎo)，預(yù)制艙方案，更多的是在設(shè)備集成設(shè)計(jì)、工藝的優(yōu)劣決定了項(xiàng)目質(zhì)量。前者則更多依靠設(shè)計(jì)水平。預(yù)制艙更多的還是在設(shè)備集成商，它的工藝優(yōu)化上是決定整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量。
使用壽命上，站房式使用壽命可達(dá)50年甚至更久，但預(yù)制艙式設(shè)備的壽命目前還沒有超過6年的大范圍運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)然，這是由項(xiàng)目的投資回報(bào)率決定的，可能有的項(xiàng)目五六年年內(nèi)就已經(jīng)盈利，那么采用哪種方案則決定了五六年后的收益，最終也決定整個(gè)項(xiàng)目的收益率。
在運(yùn)輸方面，根據(jù)《超限運(yùn)輸車輛行駛公路管理規(guī)定》，長(zhǎng)度小于2.5米，長(zhǎng)度小于14米不屬于超限運(yùn)輸。站房式的儲(chǔ)能不存在這個(gè)問題，因?yàn)樵O(shè)備都是單獨(dú)運(yùn)輸?shù)?。?duì)于集裝箱，電池能量密度比較大，集裝箱重量體積各方面都會(huì)有一些限制，這可能是在設(shè)計(jì)前期就需要注意的，有可能會(huì)關(guān)系到一個(gè)項(xiàng)目的可行性。
占地面積，預(yù)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(jù)公開報(bào)道，長(zhǎng)沙芙蓉站整個(gè)儲(chǔ)能站的占地面積大概993平方，52兆瓦時(shí)，綜合算下來(lái)它的占地面積只有預(yù)制艙占地面積的六分之一。預(yù)制艙的方式，它的容量密度大概15度電每平方，晉江儲(chǔ)能站房式的做法可以達(dá)到64度電每平方的能量密度。
站房式的運(yùn)維便利性也比較明顯，集裝箱空間比較狹小，運(yùn)維方面存在不便利的地方。如果按照現(xiàn)在電力設(shè)施的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，一些維護(hù)通道實(shí)際上是很難達(dá)到運(yùn)行規(guī)范還有電力的規(guī)范要求，所以說(shuō)從運(yùn)維便利性來(lái)看，站房式還是相對(duì)較優(yōu)一些。
運(yùn)維成本，剛才說(shuō)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(shuō)到消防，是大家比較敏感的話題，目前爭(zhēng)議也是比較多，但是實(shí)際上從耐火時(shí)間來(lái)看，儲(chǔ)能樓墻體采用加氣混凝土砌塊，耐火時(shí)間可以達(dá)到8小時(shí)。集裝箱的耐火時(shí)間參數(shù)一般在3小時(shí)左右。關(guān)于火災(zāi)蔓延的問題，在站房式設(shè)計(jì)的時(shí)候相對(duì)要考慮一些電池的分區(qū)，還有電池之間的防火墻隔離，甚至設(shè)置卷簾門，自動(dòng)滅火裝置的集中布置也能保證分區(qū)內(nèi)的持續(xù)滅火時(shí)間，還保證消防設(shè)備不受火災(zāi)的影響。
耐腐蝕與隔熱方面就不再細(xì)說(shuō)了，集裝箱包括它的三層結(jié)構(gòu)，外面的一層是兩毫米的鋼板，中間要做一個(gè)巖棉層，是根據(jù)隔熱性能來(lái)計(jì)算的，內(nèi)部還有一個(gè)墻板，耐火極限也要達(dá)到3小時(shí)，這些都會(huì)增加集裝箱的成本，所以從十幾萬(wàn)到四十幾萬(wàn)的成本，集成商都應(yīng)該考慮這些因素。
綜合以上的優(yōu)點(diǎn)可以總結(jié)兩種方案的適用場(chǎng)景，對(duì)于能耗要求高還有高溫、高寒的地區(qū)，投資回收期又很長(zhǎng)，項(xiàng)目的壽命要求很長(zhǎng)，單組電柜多，能量密度大，布置受限的情況，尤其在有短期更換電池或者改擴(kuò)建需要的場(chǎng)景，我們會(huì)推薦站房式的儲(chǔ)能，因?yàn)樗牟贾梅绞奖容^靈活。
對(duì)于建設(shè)周期要求比較短，比如我們江蘇的項(xiàng)目可能只有幾個(gè)月的時(shí)間項(xiàng)目必須從前期到后面投運(yùn)，我們會(huì)采用預(yù)制艙的儲(chǔ)能電站。還有像設(shè)備集成商主導(dǎo)的項(xiàng)目他可能會(huì)更推薦采用預(yù)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(yùn)，總共16兆瓦時(shí)，二期2兆瓦時(shí)。深圳比亞迪是40兆瓦時(shí)，里面采用的是層架式的電池布置方式。青海格爾木儲(chǔ)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(yōu)勢(shì)。長(zhǎng)沙的芙蓉站是2018年剛剛投運(yùn)的，52兆瓦時(shí)，占地面積只有994平方，而且整個(gè)建設(shè)模式就是按照國(guó)網(wǎng)模塊化建設(shè)，建筑結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)，外墻采用合金板。
這是晉江的儲(chǔ)能站，在晉江的安海鎮(zhèn)，項(xiàng)目規(guī)模100兆瓦時(shí)，儲(chǔ)能樓占地面積只有2300平方，上面再加上一層，達(dá)到150兆瓦時(shí)的容量。
我簡(jiǎn)單說(shuō)一下站房式的儲(chǔ)能技術(shù)方案，從設(shè)計(jì)的角度，在規(guī)模方面我們會(huì)結(jié)合負(fù)荷曲線還有運(yùn)行策略進(jìn)行分析得到儲(chǔ)能站的規(guī)模配置，做熱力學(xué)有限元仿真分析，包括設(shè)備采用分布式、集中式還是設(shè)備雙備份的方案，還有暖通設(shè)備與儲(chǔ)能設(shè)備之間的聯(lián)動(dòng)控制，這個(gè)是決定了后面廠用電功耗的情況。消防方面剛才也說(shuō)了，它的耐火時(shí)間相對(duì)比較久，在傳感器的布置、風(fēng)道還有防火墻等等這些環(huán)形道路上面都是我們?cè)O(shè)計(jì)站房式儲(chǔ)能上面需要考慮的問題。 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(yùn)維方面要設(shè)置一些吊物孔，一個(gè)電柜通常都是一到兩噸甚至三噸，電柜的搬運(yùn)是需要考慮的。安裝的時(shí)候同樣也有一些施工的搬運(yùn)工具需要合理化的定制。運(yùn)行環(huán)境相對(duì)比較靈活，可以根據(jù)業(yè)主的要求獨(dú)立設(shè)置。無(wú)功補(bǔ)償這塊，我們?yōu)榱私档驼麄€(gè)項(xiàng)目的投資我們會(huì)采用兩級(jí)無(wú)功補(bǔ)償，兼顧投資還有它的實(shí)用性。在設(shè)備選型方面我們要結(jié)合運(yùn)行仿真，合理選用設(shè)備，保證設(shè)備的選型能讓整個(gè)儲(chǔ)能電站在它最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式下運(yùn)行。
歡迎大家與我聯(lián)系，好好的探討一下儲(chǔ)能建設(shè)的技術(shù)。
