智慧储能系统解决方案（42页 PPT）

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XD RoPco. 识 . 智慧储能系统解决方案 西安西电高压开关有限责任公司 公司简介 储能关键技术及应用 储能系统解决方案 储能集装箱设计方案 展望 智慧储能系统解决方案 分布式储能 分布式光伏 工业厂房 分布式储能 三 四 五 分布式能源站 走廊光伏 泊车充 电 一、公司简介 西安西电高压开关有限责任公司隶属于中国西电集团 ( 股票代码： 601179), 始 建于 1955 年；我国第一个五 年计划期间国家 156 项重点工程中的 5 项为核心成立的 大 型中央企业；中国输变电行业重要的研发和制造基地；经营范围涵盖高压电器设备、 中低压电器设备等 28 个系列， 80 多个品种， 1400 多种规格的产品；涉及电网系统、 水电、火电、光伏、风电等发输电领域。 历史悠久：成立于 1955 年，有 60 余年发展历史。 ★ 技术领先：专业的研发团队 115 人，自主研发的 核心技术，始终保证产品处于国际领先水平。 业绩广泛：产品遍布全世界 40 多个国家和地区， 各类产品在网运行数量共计约 17 万台 / 套。 电网侧 · 调峰调频调压 · 缓解电力缺口 · 黑启动 · 缓解电网升级 · 电网建设阶段 过渡供电 · 后背电源 二 、储能关键技术及其应用 1 、 储能应用场景分析 用户侧 · 峰谷套利 · 构建微电网 · 后备电源 · 需量管理 发电侧 · 就地消纳 · 平滑出力 · 调频、备用等 电池类型 应用类型 应用场景 锂离子电池 ( 磷酸铁 锂、三 元锂电池、钴 酸锂、钛酸锂等 ) 能量型 / 功率型 水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统 铅酸电池 能量型 电力系统备用电源、新能源发电储能、军事 / 航海 备 用电源、 UPS 备用电源、应急照明电源 钠硫电池 能量型 大型储能电源系统 液流电池 能量型 大型储能电源系统 镍系电池 能量型 大型储能电源系统 其它 二 、储能关键技术及其应用 2 、储能电池选型 二 、储能关键技术及其应用 3 、大规模储能系统集成化关键技术 储能系统监控和保 护技术 储能电池大容量 集成技术 大规模储能系统 集成技术 储能系统 EMS 二 、储能关键技术及其应用 3 、大规模储能系统集成化关键技术 大容量储能电池集成技术 储能系统监 控和保护技 术 EMS BMS BCU BMU 应用场景 应用类型 放电时长 年运行频率 响应时间 能量时移 能量型 >4h 300 小时级 负荷跟踪 功率型 >2h 1000 分钟级 系统调频 功率型 15min 4000 秒级 备用容量 功率型 15min 10 秒级 可再生能源并网 能量型 / 功率型 5min 4000 秒级 二 、储能关键技术及其应用 4 、发电侧储能关键技术及其应用 发电侧储能主要包含两个大类：配合火电厂参与电力市场辅助服务，配合新能源 电厂提高新能源消纳能力。 应用场景 应用类型 放电时长 年运行频率 响应时间 能量时移 能量型 >4h 300 小时级 负荷跟踪 功率型 >2h 1000 分钟级 系统调频 功率型 15min 4000 秒级 备用容量 功率型 15min 10 秒级 可再生能源并网 能量型 / 功率型 5min 4000 秒级 二 、储能关键技术及其应用 4 、发电侧储能关键技术及其应用 发电侧储能主要包含两个大类：配合火电厂参与电力市场辅助服务，配合新能源 电厂提高新能源消纳能力。 二 、储能关键技术及其应用 4 、 电网侧储能关键技术及其应用 电网侧储能主要功能为削峰填谷，参与电网调峰调频，缓解输配电阻塞。针对每一种需 求对储能的要求如下： 应用场景 应用类型 放电时长 年运行频率 响应时间 缓解输配电阻塞 能量型 3h 50 分钟级 延缓输配电设备增容 能量型 3h 10 分钟级 调压 / 无功支撑 功率型 1min 1000 秒级 目前电网侧也投运储能的储能项目有四 项， 典型工程如下 项目 规模 江苏镇江储能电站示范工程 101MW/202MWH 河南电网电池储能项目 100MW/100MWH 湖南长沙储能电站一期示范工程 60MW/120MWh 深圳供电局潭头变电站储能项目 5MW/10MWH 北京怀柔北房储能电站项目 15MW/15MWH 二 、储能关键技术及其应用 4 、 电网侧储能关键技术及其应用 4 、 用 户 侧 储 能 关 键 技 术 及 其 应 用 用户侧储能主要用于构建微电网，提升供电可靠性，用户分时电价管理以及需量电费管 理等。 应用场景 应用类型 放电时长 年运行频率 响应时间 分时电价管理 能量型 4h 300 分钟级 需量电费管理 能量型 3h 300 分钟级 提升电能质量 功率型 10min 100 毫秒级 提升供电可靠性 能量型 1h 100 秒级 备用容量 功率型 15min 10 秒级 二 、储能关键技术及其应用 项目 规模 海信空调二期分布式储能项目 0.5MW/1.86MWH 深圳瑞华泰薄膜科技有限公司储能项目 1MW/2MWH 广州万力轮胎储能项目 1.2MW/7.2MWh 西藏尼玛县光储柴微电网工程 48MWh 青海祁连县中广核微电网电站 3.087MWH 二 、储能关键技术及其应用 4 、用户侧储能关键技术及其应用 目前已有不少的用户侧储能及微电网示范项目投运，典型的工程如下 铜集流体 负极材料 固态电解质 正 极 材 料 铝集流体 技术指标： √ 单体固态电池 >10Ah; √ 电压窗口达到 6.5V; √ 其阻燃达到国家 V0 级别； √ 室温 0.5C 能量效率≥ 90%; √ 能量密度为 300Wh/kg, 循环寿命 1 、电池关键技术： > 挑 战 磷酸铁锂电池采用有机电解液，有 热失控及燃烧的风险 > 解决方案 采用固态电池，从根本上避免 电池燃烧爆炸的风险 二 、储能关键技术及其应用 5 、关键技术 >3500 次； 组串式方案 1. 每个模块独立运行 2. 单一支路故障只隔离单一支路模 块 3. 各电池组之间的差异性不会相互 影响 4. 适用于功率电压等级不高的场合 3 、梯次利用关键技 术： > 挑战 退役动力电池一致性较差 > 解决方案 1. 采用组串式逆变器方案 2. 采用级联拓扑方案 二 、储能关键技术及其应用 5 、关键技术 组串式 逆变器 电 池 组 ACBUS 5 、关键技术 2 、控制运行关键技术 √ 模拟同步发电机本体模型、有 功调频、无功调压等特性 √ 实现并 / 离网无缝切换 √ 为电网提供虚拟惯性，抑制频 率快速波动 √ 提高多变流器并入弱电网稳定 性 电池组 PWM umodf dq/abc _ma4 二 、储能关键技术及其应用 wLr ①Lr PI 电 Uoq PI 转子机械特性 1/s+ ① 、 L P/Q 计 算 环 u P I ko P. ko P P. E 虚拟同步发电机控制框图 Q 无功 - 电压下 垂 R wLy oL @s @ 2±( D 1/Jws 1/ s△@ 有功 - 频率下 垂 od 电 重 虚 阻 抗 交 流 电 网 压 环 Uoab SW uod PI W 3 、梯次利用关键技术： > 挑 战 退役动力电池一致性较差 > 解决方案 1. 采用组串式逆变器方案 2. 采用级联拓扑方案 二 、储能关键技术及其应用 5 、关键技术 电池 模组 电池 模组 电池 模组 电池 模组 电池 模 组 电池 模 组 电池 模组 电池 模组 电池 模组 SM 全桥 SM 全桥 SM 全桥 SM 全 桥 SM 全 桥 SM 全桥 SM 全桥 SM 全桥 SM 全桥 N 中性 点 三 、储能系统解决方案 1 、基于配网侧智能微电网的关键技术——储能和多能互补技 术 ◆ 削峰填谷 ◆ 动态增容 ◆ 电源保障 ◆ 无缝切换 ◆ 提高供电可靠 性 13.87 A ow 15M4ua 2.3kw 无线究电 o kw 0.5 A 1 A 风机 三 、储能系统解决方案 2 、基于并网 / 离网的光储一体化系统解决方 案 ◆ 偏 远 地 区 / 岛 屿 / 石油矿区 / 商业 中 心 / 医院 / 酒 店 / 银 行 / 数据 中心 / 通 信基站 / 地铁 / 有 EMS AC380γ— -AC380V- 园 区 ◆ 削峰填 谷 负荷共 250kW 柴油发电机 ◆ 平 滑 负 荷 曲 线 轨电车 / 田园生 态 磷酸铁锂 5.59MWh 光优逆变器 三 、储能系统解决方案 2 、基于并网 / 离网的光储一体化系统解决方案 ◆ PVsystem 离网 / 并网设计 GHS-Coected Svssem Nex shadne sefnibon ◆ 可靠供电 ◆ 平滑负荷曲线 二 三 、储能系统解决方案 3 、基于移动储能变配电系统解决方 案 ◆ 应急保电 ◆ 削峰填谷 ◆ 公共交 通 应急 ◆ 港口岸电 ◆ 移动储能充电 站 储能变流器 磷酸铁锂 0.5MWh 储能变流器 磷酸铁锂 0.5MWh 储能变流器 磷 酸 铁 锂 0.5MWh 125qkVA —AC380V 一 储能变流器 磷酸铁锂 0.5MWh 125QkVA -AC380V - 负荷 三 、储能系统解决方案 3 、基于移动储能变配电系统解决方 案 12200- 2 能量 电 池 架 电池架 电池架 电池架 电池架 电 池 架 电池架 电池架直流柜 总控相 管理系线 1100 1100 1100 1100 1100 1100 1100 1100 600 600 12200 1100 1100 1100 1100 600 600 电池架 电池架 电池架 电 池 架 电池架 电 池 架 电池架 电池架 直流准总控料 1100 1100 1100 1100 84 0 5J ICS 配电柜 四 、储能集装箱设计 储能系统 5MWH 储能系统拓扑 电 闸 问 口 1# 电池集装箱 EMS 客 户 控 制 系 统 PCS 集 装 箱 PCS#1 SC630TL 二 PCS#1 PCS#1 SC630TL 储能系统通信拓扑 ◆ 本地控制器通过以太网接入电 池控制柜 (BCP) 获取电池 管 理系统 (BMS) 、 温控系 统和 消防系统信息，通过以 太网接 入储能变流器信息， 再通过以 太网接入上层电站监 控系统。 ◆ 本地控制器与 BCP 通讯获取 的 BMS 信息为电池系统级 数据， 系统 BMS 同时提供以 太网通讯 接口，电站监控系 统可通过网 口单独获取电池 详细数据，如 单体电压、温度 等。 四 、储能集装箱设计 系统通信 2# 电池集装箱 3#BCP 四 、储能集装箱设计 储能集装箱 ◆ 2.5MWH 储能系统采用 3.2V 120Ah 磷酸 铁锂电芯，持续充放电倍率≤ 0.5C, 每 簇 串并联方式为 228S2P, 每 簇 175.10kWh, 共由 15 个电池簇组成，通 过电池控制柜汇流后接入 PCS 直流侧 ◆ 电池控制柜集成直流汇流和交流配电功 能， 含 UPS 、 24Vdc 电源模块等，集装 箱含 温控系统、消防系统、电池架、散 热风道、 照明及箱内设备间连接线缆等 SMU 垂宴Ⅱ SMU 空调 消防 2.5MWH 系统通信拓 扑 2.5MWH 储能集装箱常规参数 尺寸 ( 宽 × 高 × 深 ) (mm 12192×2896×2550mm 运行温度范围 -30~50℃ 辅助供电 400V/50Hz( 三相四线 ) 相对湿度 0~95%, 无冷凝 最高海拔 2000m(>2000m 需降额 ) 防腐等级 C3 防护等级 (IEC60529) IP55 冷却方式 空调冷却 风载荷 (m/s/mph) 49.9/111 雪载荷 (Mpa/psf) 1.91×10-3/40 箱体 Logo 标准 (XD) 箱体颜色 RAL7035 主体箱体材质 SPA-H( 耐候钢 ) 四 、储能集装箱设计 2.5MWh 储能集装箱 15RACK E1L-R175 电池组 2-PMD-B630K 温控系统 消防系统 四 、储能集装箱设计 平面设计 40 尺标准集装箱整体尺寸 (ISO 1496-1 标 准 ) 40FT 长度 公差 宽度 公差 高度 公差 外部尺寸 12192mm 0-10 2438m m 0-5 2591m m 0-5 内部尺寸 11652mm 0-10 1959m m 0-5 2272m m 0-5 2.5MWH 储能集装箱平面布 置 四 、储能集装箱设计 性能要求 密封 防尘 保 温 隔 热 防腐 防潮 储能集装箱整体设计 墙体保温层 δ=50mm 铝塑板 δ=4mm 防静电绝缘橡胶板 δ=6mm 下底板 δ=3mm 四 、储能集装箱设计 结构及防护 上底板 δ=4mm 保温层 δ=100mm 集装箱顶部及墙体结构 集装箱底部结构 外蒙皮 钢板 δ=3mm 房顶保温层 δ=50mm 木工板 δ=10mm 铝塑板 δ=4mm 集装箱中设计了普通照明和应急照明装置，普通照明的行程开关安装在门上，当有工作人员进 入集装箱工作或维修时，通过门上面的行程开关控制集装箱内部的照明；应急照明主要用来在 电网掉电时，作为后备的电源为集装箱内工作人员提供紧急逃生的照明装置。 四 、储能集装箱设计 照明系统 四 、储能集装箱设计 防腐工艺 标准：参照 ISO12944 内部油漆为富锌底漆 ( 厚度 25μm)+ 环氧树脂漆 ( 厚 度 50μm), 总漆膜厚度不小于 75 μm 。 外部油漆为富锌底漆 ( 厚度 30μm)+ 环氧树脂漆 ( 厚 度 40μm)+ 氯化增塑橡胶或丙烯酸面漆 ( 厚度 40μm), 总 漆膜厚度不少于 110 μm 。 喷涂颜色： RAL7035 。 壁板内测 基材 环氧富锌底漆 环氧云铁中间漆 聚氨酯防腐面漆 保温材料 基材 品种 名称 施工道数 干膜厚度 ( 微 米 ) 金属结构 底漆 HAZ01 环氧富 锌 底漆 ( 高 锌 ) 2 100 中间漆 HA01 环氧云铁 中间漆 3 120 面漆 SB02 脂肪族聚 氨酯防腐面漆 3 100 ◆ 储能系统中锂电池最佳工作温度范围为 23±5℃, 智能温控系统在正常运行条件下内 部的温度需要控制在 23℃±5℃, 电池在 0.5C 充放电倍率情况下最高限制温度是 35℃ 。 ◆ 通过对集装箱锂电池进行热仿真效果进行集 装 箱风道设计，采用机柜式一体式工业空调， 顶 部排风方式，集装箱电池柜顶部设计整体 风道 并在对应电池柜开设出风口， B 室内出风口 柜式空调 室外出风口 室外入风口 四 、储能集装箱设计 智能温控系统 室内风道出风口 C 出风口尺寸需严格 计算，目前采用 400×150mm ( 开 孔 率为 0.8), 计算 结果 良好；仿真结 果显 示：电池柜背 部环 温温差 <3.5℃, 中 间区域 温差 <2℃; 电池 包温差≤ 4℃. 四 、储能集装箱设计 智能温控系统 电池架及模组的温度场分布 C-C 型号 整机 GC-12Z-YG 整机 额定制冷量 kW 12 额定制热量 8 制冷输入功率 5.8 制热输入功率 8.9 制冷剂 型号 R22 充注量 kg 3 循环风量 立方 / 小时 2200 机外余压 pa 170 制冷使用环境 ℃ -10 ～ 45 制热使用环境 >-35 显热比 >0.8 压缩机型式 涡旋式 外形尺寸 ( 单台 ) 长 L mm 800 深 W mm 800 高 H mm 2200 重量 ( 单台 ) kg 230 电源 3φ-380V/50HZ 噪音 ( 单台 ) 71dB(A) 四 、储能集装箱设计 智能温控系统 I. 性能参数表 四 、储能集装箱设计 智能温控系统 ◆ 《气体灭火系统设计规范》 GB50370-2005 ◆ 《建筑设计防火规范》 GBJ16-87 ◆ 《柜式气体灭火装置》 GB16670-2006 ◆ 《洁净气体灭火系统标准》 NFPA2001 ◆ 《气体灭火系统施工及验收规范》 GB50263- 2007 ◆ 《火灾自动报警系统设计规范》 GB50116-98 四 、储能集装箱设计 消防系统 ◆ 集装箱外壳结构、隔热保温材料、内外部装饰材料等全部为阻燃材料，材料方法等级是 A 级，具体 参 考 下 表 。 ◆ 气体消防管路采用无缝钢管；消防电源与其他设备采用独立电源供电，并且配置备用电源；消防系 统信号与电源采用镀锌钢管穿线，满足相关消防设计规范要求。 防护区名称 高度 ( 米 ) 面积 (M)2 容积 Y(n3) 修正系数 K 过热蒸汽比容 S(n3/Kg) 设计浓度 C(%) 计算用量 V(kg) 实际用里 (kg) 世压口面积 Fx(n2) 喷放时间 t(s) 浸责时间 T(min) 系统储瓶数 额定增压 压力 Po(IPa) 防护区 2.7 8 21.6 1 0.13716 9 15.6 19 0.007 ≤10 ≤10 70L/1 2.5 集装箱外 / 内壳隔热 层 规格型号 材料 厚度 存储温度 运行温度 热阻系数 50mm A 级防火阻燃 岩棉 50mm -20℃~45℃ -20℃~45℃ ≤0.044W/in. K 集装箱内自动灭火设备理