【项目方案】5MW一体机液冷储能项目技术方案（314Ah电芯）

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1 5MW 一体机液冷储能项目技术方案 （314Ah 电芯） 2024 年 2 目录 1 项目概述........................................................................................................................3 1.1 项目概况.............................................................................................................3 1.2 项目地信息.........................................................................................................3 2 参考标准........................................................................................................................3 3 整体设计方案................................................................................................................5 3.1 系统方案简介......................................................................................................5 3.2 系统特点优势......................................................................................................5 4 电池舱设计....................................................................................................................7 4.1 概述.....................................................................................................................7 4.2 BMS 系统..........................................................................................................12 4.3 电池舱温控设计................................................................................................17 4.4 电池舱消防设计................................................................................................25 4.5 配电汇流系统....................................................................................................32 4.6 电池舱结构设计................................................................................................33 4.7 防雷设计...........................................................................................................36 5 变流升压舱设计..........................................................................................................38 5.1 PCS 设计方案....................................................................................................38 5.2 升压变压器设计方案........................................................................................43 6 能量管理系统要求.......................................................................................................49 6.1 系统架构...........................................................................................................49 6.2 网络架构...........................................................................................................49 6.3 工作环境...........................................................................................................50 6.4 系统结构...........................................................................................................51 6.5 综合监控功能....................................................................................................51 7 储能系统安全设计.......................................................................................................57 7.1 电芯安全设计及生产........................................................................................57 7.2 电池 PACK 及电池簇安全设计..........................................................................57 7.3 SCADA 可视化监控...........................................................................................59 7.4 系统集成安全设计............................................................................................60 7.5 环流抑制方案....................................................................................................61 3 1 项目概述 1.1 项目概况 X X X X X X X 1.2 项目地信息 XXX XXX XXXX 2 参考标准 标准号 标准名称 GB51048 电化学储能电站设计规范 GB/T36558 电力系统电化学储能系统通用技术条件 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/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 GB/T36548 电化学储能系统接入电网测试规范 DL/T723 电力系统安全稳定控制技术导则 GB/T14285 继电保护和安全自动装置技术规程 DL/T781 电力用高频开关整流模块 DL/T5044 电力工程直流系统设计技术规程 GB50060-2008 3～110kV 高压配电装置设计规范 GB1094.1 电力变压器第 1 部分 GB6450 干式电力变压器 GB/T10228 干式电力变压器技术参数和要求 GB/T17211 干式电力变压器负载导则 GB2900.15 电工术语变压器互感器调压器电抗器 GB311.1 高压输变电设备的绝缘配合 JB/T56009 干式电力变压器产品质量分等 GB/T1094.4 电力变压器第 4 部分电力变压器和电抗器雷电冲击波和 操作冲击波试验导则 GB/T1094.10 电力变压器第 10 部分声级测定 GB/T7354 高电压试验技术局部放电测量 GB11604—1989 高压电气设备无线电干扰测试方法 GB/T16927.1 高压试验技术第一部分：一般试验要求 4 GB/T16927.2 高压试验技术第二部分：测量系统 GB/T5582 高压电力设备外绝缘污秽等级 GB/T13499 电力变压器应用导则 GB50150 电气装置安装工程电气设备交接试验标准 GB5273 变压器、高压电器和套管的接线端子 JB/T3837 变压器类产品型号编制方法 GB/T4109 交流电压高于 1000V 的绝缘套管 GB1094.11 电力变压器第 11 部分干式变压器 DL/T596 电力设备预防性试验规程 GB50016 建筑设计防火规范 GB23864 防火封堵材料 GB50116 火灾自动报警系统设计规范 GB/T51309 消防应急照明和疏散指示系统技术标准 GB/T51437 风光储联合发电站设计标准 5 3 整体设计方案 3.1 系统方案简介 本光伏项目要求配套建设一座储能电站，项目设计容量为 100MW/200MWh，实际配 置容量 100MW/200.6MWh，详细配置方案如下： 该项目采用由最新 314Ah 磷酸铁锂电池成组的液冷方案，充放电额定功率为 0.5C。系 统由 20 套 5MW/10.03MWh 子单元组成。 其中，5MW/10.06MWh 子单元包含 1 台 5MW 的逆变升压一体机和 2 台 5.015MWh 的电池舱；5MW 的逆变升压一体机由 2 台 2500kW 的储能变流器、1 台 5500kVA 的变压 器、高压室及低压电源通讯柜组成。 储能电站系统参数如下： 直流侧配置容量：200.6MWh（@25℃，100%BOL，100%D0D，0.5C） 额定充/放电功率：100MW 额定充/放电倍率：0.5C 额定电网电压：35kV（可根据项目需求调整） 系统标称电压：35kV（可根据项目需求调整） 频率范围：50Hz±0.5Hz 功率因数：≥0.99（额定功率时） 冷却方式：电池系统采用液冷，PCS 及升压变采用风冷 防护等级：IP54 / C3 系统设计寿命：≥6000 次，@ 0.5C；90%DOD；70%EOL。 3.2 系统特点优势 • 采用最新 314Ah 电芯，单舱可集成到 5MWh。与项目容量有更好的匹配性； • 针对消防系统采用电芯故障预警+PACK 级全氟己酮气体消防+系统级水消防三道防线； • 在温控方面采用智能液冷热管理，精准控制 PACK 温差≤3℃，系统温差＜5℃、提升 系统寿命； • 在运维方面，PACK 易损件具有独立运维窗口，可免开箱维护，且可配置 PACK 拆装 的运维机器人，有效提高了运维效率； 6 • 针对该项目使用液冷方案，相对于第一代液冷，降低二次功耗约 10%；相对于风冷系 统，降低二次功耗约 35% • 第二代液冷方案具备更好的面积/容量密度，单边开门，可背靠背堆放，土地资源使用 相比第一代液冷系统降低了 30%； • 整体解决方案，一站式服务，具备完善的交付团队及技术服务团队； • 系统采用近 20 尺集装箱，高度集成设计，运输便捷，安装调试简单； • 系统标准化、模块化设计，便于系统扩容和维护； • 全方位安全设计，保障系统、电池和储能变流器的安全、可靠运行； • 系统具有绝缘检测功能 3.2 设备清单 序 号 名称 型号和规格 单位 数量 备注 1 电池预制舱 5.015MWh 电池舱 套 40 单套设备 分项见 1.1~1.7 1.1 电池模组 电压（V）：332.8 容量（Ah）：314 单体串联数量：1P104S 套 48 1.2 电池簇 电压（V）：1331.2 容量（Ah）：3 14 模组串联数量：1P416S 套 12 1.3 电池管理系统 BMS 三级 BMS，含 BMU\BCU\BAU 套 1 1.4 消防系统 PACK 级全氟己酮气体消防 套 1 1.5 冷却系统 液冷机组、管路、连接件 套 1 1.6 直流汇流柜 天合配套 套 1 1.7 舱体及其他辅助设备 天合配套 套 1 2 储能变流升压一体机 5MW 一体机 套 20 单套设备 分项见 2.1~2.3 2.1 储能变流器（PCS） 2500kW 套 2 2.2 变压器 干变，SCB11-5500/37/0.69 套 1 2.3 箱体及附件 高、低压配电，托盘等 套 1 3 能量管理系统 （EMS） 接受 AGC 调度指令削峰填谷， 具备一次调频功能，满足招标 要求，由投标方详列配置分项 套 1 4 线缆 天合按需配套 项 1 5 备品备件及专用工具 天合配套 项 1 7 8 4 电池舱设计 4.1 概述 电池舱由集装箱、消防系统、电池簇（电池架、PACK）、液冷系统、BMS、配电汇流 柜、线缆及附件组成。 电池系统配置有完善的电池管理系统，采用三级管理架构，包括 PACK 级、电池簇级 和系统级，实现对电池系统的全面控制、管理和保护，确保电池系统的安全稳定运行。 系统采用近 20 尺集装箱设计，长 6250 * 宽 2438 * 高 2896mm，采用单边开门方式， 可满足背靠背拼柜摆放设计需求，单台电池舱配置容量为 5.015MWh，由 12 组电池簇构 成，单簇电池由 4 个电池插箱串联，单电池插箱采用 1P104S 的成组方式，电芯选用 314Ah。每 12 簇电池汇流后接入配电汇流柜中。电池舱如下图所示： 电池舱示意图 电芯 本项目电芯采用 314Ah 方形铝壳磷酸铁锂电芯，具有优异的安全特质及超长的循环寿 命，有良好的温度性能，电池的工作温度范围广，能量密度高。在 25℃，0.5P 充/放电倍 率，充放电深度（DOD）为 90%,终止容量（EOL）为 80%的工况下电池循环次数≥6000 次。 电芯参数表 9 序号 项目 参数 备注 1 电芯规格 3.2V,314A h 2 单体外壳材质 铝 3 标称容量(Ah） 314 4 额定电压（V） 3.2 5 电压范围（V） 2.5～3.65V 6 最大充/放电电流(C) 0.5 7 循环次数 ≥6000 次 @25℃,0.5C/0.5C,90%DOD，70BOL 电池 pack 天合储能电池 Pack 采用电池插箱的形式，电池 Pack 成组方式为 1P104S，电量为 104.499kWh，标称电压为 332.8V。电池模组采用液冷方式散热，配置 BMS 的采集模块 BMU，用于模组的电压、温度等参数采集，并具有均衡功能。 电池插箱示意图 电池 pack 成组前，对单体电池电压、内阻、电流、容量等参数的一致性进行筛选，可 确保重要参数一致，单体电池、电池 pack 使用高分子材料或金属作为壳体材料、分隔材料 电池 pack 参数见下表所示。 电池 pack 参数表 10 序号 项目 参数 备注 1 电芯规格 3.2V,314Ah 2 pack 成组方式 1P104S 3 标称容量（Ah） 314 4 额定电压（Vdc） 332.8 5 工作电压范围（Vdc） 260~379.6 @2.5～3.65V 6 标称能量（kWh） 104.449kW h @25℃,0.5C/ 0.5C,100%DOD，100%BOL 7 工作环境温度范围（℃） 25±5℃ 高压箱 项目储能系统高压盒设计有以下特点： 1) 电池簇高压盒内高压接触器作为核心器件，用于接通或者断开电池系统，高压盒接触 器具备带载分合能力，尤其是接触器触点带大电流切断时，可以快速灭弧。 2) 主接触器分别分断正、负极。并且，正极安装有预充接触器，更安全可靠。 3) 二次回路具备防止重合闸保护功能，防止电池系统接触器意外断开后自动合闸引起合 闸涌流。主接触器断开、闭合分别采用独立的继电器分别控制，并且继电器为脉冲得 电，主接触器常开辅助触点用于自锁保持，晃电时可以及时断开回路，极大降低了安 全风险。 4) 电气系统内用到的塑壳断路器、微型断路器、继电器、接触器、端子、电源等电气设 备均具备国家 3C 认证，在开关的选型上保证开关满足系统额定电压、额定电流运行， 同时也满足热稳定和动稳定条件，并且在结构上严格遵守国家规定的不同电压等级爬 电距离设计，排除因产品质量和参数选型原因导致火灾发生的隐患。 5) 电气系统电缆选用符合国家标准 GB/T12706.1-2002 要求，采用阻燃 C 类，并保证电 压等级满足实际运行电压等级。阻燃电力电缆的特点是不易着火，并且着火时延燃仅 局限在一定范围内，能够提升储能系统的安全性。 6) 储能系统电池管理系统（BMS）由电池模组监测装置（BMU）、电池簇管理单元 （BCU）、电池堆管理单元 BAU 及显示、监控上位机等组成，用于监测、评估及保护 电池运行状态，具体包括： a) 监测并传递锂离子电池、电池组及电池系统单元的运行状态信息，如电池电压、 电流、温度以及保护量等； b) 评估计算电池荷电状态 SOC、寿命健康状态 SOH 及电池累计处理能量等. 11 c) 保护电池安全，主要保护类型有：电池簇过压保护、电池簇欠压保护、电池簇过 流保护、单体电池过压保护、单体电池欠压保护、单体电池过流保护、单体电池 过温保护、单体电池低温保护、短路保护。 d) 由于过充、过温导致的电池热失控往往是引起系统发生火