10MW20MWh储能项目技术方案.docx

1、10MW20MWh储能项目技术方案10MW/20MWh储能项目方案1.110MW/20MWh储能项目方案1.1.1储能系统方案概述1.1.1.1储能系统方案简介10MW/20MWh储能项目中共包含10套1MW/2MWh储能系统，即共有10个标准集装箱组成。根据储能系统功率1MW、充放电倍率0.5C要求，本设计方案采用了高安全性、高可靠性磷酸铁锂电芯进行系统设计。储能系统标称容量为2MWh，实际配置容量2.15MWh，并集成安装于一个40尺集装箱中。单个1MW/2MWh 40尺集装箱储能系统包含2个500kW/1MWh储能单元。1MW/2MWh储能系统包含12个电池柜、1个控制柜（2套BMS）、

2、2个汇流柜。每个电池柜由16个磷酸铁锂电池箱串联而成，由1套电池管理系统来管理。每个电池箱由14个260Ah LFP电芯通过1P14S方式进行成组，由1个电池监测单元来管理。6个电池柜的高压直流总线汇流到高压电气柜上。控制柜为每个电池柜提供CAN通信汇总接口，同时通过以太网向就地监控系统上传电池数据和信息。1.1.1.2本设计方案主要特点本系统具有以下特点：采用磷酸铁锂电池，能量密度高，循环寿命长；电池系统采用标准化模块式设计，可灵活扩展，系统维护检修方便；良好的散热管理系统，电池组寿命和可靠性有保证；电池组采用高效连接工艺，实现电池模块功率连接的高可靠、低阻抗及高一致性；采用高强度结构设计，

3、保证电池系统在长途运输及极端情况下（如地震）的安全性；CATL自主研发的电池均衡控制策略，可有效保证储能系统的可用容量和使用寿命；自主开发的电池及系统监控软件，可实现储能系统的自动运行；集装箱式储能系统采用电柜双列布置设计，过道宽度为750mm，便于日常维护和管理；集装箱内设置手动自动一体化的七氟丙烷（HFC-227ea）气体灭火系统；集装箱具有逃生门及逃生锁设计。 1.1.2储能系统构成本项目1MW/2MWh储能系统由2个500KW/1MWh储能单元组成，共计12个电柜、2个汇流柜、1个控制柜。1.1.2.1系统总体架构图图 1-1 1MW/2MWh储能系统架构示意图1.1.2.2电池储能系

4、统构成描述每个1MW/2MWh储能系统由2个500kW/1MWh储能单元组成，共计12个电柜、2个汇流柜、1个控制柜（含2套BMS）。每个电池柜由16个磷酸铁锂电池箱串联系统组成，由1套电池管理系统进行管理。每个电池箱由14个260Ah电芯通过1P14S方式进行成组，由1个电池监测单元来管理。汇流柜汇集6个电池柜的高压到直流总线上。控制柜为每个电池柜提供CAN通信汇总接口，同时通过以太网向就地监控系统上传电池数据和信息。1.1.2.3系统内部连接说明6个电池柜的直流电缆连接到高压电气柜直流输入母排上；电池管理系统通过CAN总线与PCS连接；电池监测系统通过以太网与就地监控系统连接；如下图所示：

5、图 1-2 1MW/2MWh储能系统通讯架构图1.1.3电池储能系统功能说明1.1.3.1电池储能功能本系统采用CATL设计生产的高安全性、高可靠性的汽车级磷酸铁锂方形铝壳260Ah电芯，单体电芯额定电压3.2V，而后每14个单体电池串联而成电池箱，16个电池箱串联而成电池柜，每个电池柜配备可独立运行的包括检测、通讯、自动平衡、高压管理、热管理及保护功能的管理系统，每6个电池柜并联形成一个储能单元，储能单元容量1MWh，额定电压716.8V DC配合500kW PCS形成一个500KW/1MWh储能单元，2个500KW/1MWh储能单元组成1MW/2MWh储能系统，并集成安装在1个40尺集装箱

6、中。具有如下功能：1）提供一个设计需求的储能容量，根据系统需求存储能量或放出已储存的能量；2）具有自我维护与保护的管理系统，使电池在长期使用过程中，保持平衡，并自我保护，确保电池堆的长期可靠运行；3）具有良好、快速的数据采集及与PCS、上层监控设备保持实时通讯，使整个系统运作实现自动化控制，并可按要求存储必要的运行数据；4）模块化的设计，非常便于系统的安装、维护以及系统的升级。1.1.3.2系统保护功能电池储能系统具有完备的保护功能。系统保护功能主要分为三类保护：系统级保护；设备级保护；通讯异常保护；1）系统级保护储能系统就地监控系统具有实时数据分析功能。通过对系统各个部分的参数进行分析，监控

7、系统可以发现诸如：设备多次保护告警、温度变化异常、电压变化趋势异常等与系统正常运行状态不符的异常与隐性故障，从而预先启动应对措施避免故障的发生或降低故障的影响。2）设备级保护系统内各个设备均具有自保护功能。如电池组都具有防雷保护、接地保护、电压异常保护、过电流保护、短路保护等。当故障出现时各设备实时进行保护，以最快速度将故障隔离出整个系统同时向就地监控单元报告故障。所有设备均能被完全隔离出系统的电气连接，不影响其它正常设备的运行，以确保故障影响最小化。3）通讯异常保护整个电池储能系统的控制与调度是建立在储能电站监控系统与就地监控系统的通讯的基础上的。所以当储能电站监控系统退出或者意外中断运行时

8、，电池储能系统将按照上一次接收到的来自储能电站监控系统的控制指令继续运行一段时间，运行时间可设，设定时间到，通讯仍然没有正常则将电池储能系统停运，通讯恢复后系统与设备均能自动判断重新进入可运行状态。就地监控系统内部的通讯同样重要，所以系统内部所有设备均有通讯异常保护功能。当就地监控单元与电池管理系统，或者变流器就地控制器通讯异常时，通讯异常设备，立刻停止运行。就地监控单元发现通讯异常后立刻将此设备从系统中隔离开来。同时将故障状态上报储能电站监控系统，通讯恢复后系统与设备均能自动判断重新进入可运行状态。1.1.3.3系统监控功能电池储能系统的监控功能主要包括以下部分：电池管理系统对电池数据采集，

9、运行控制和故障报警的功能就地监控单元对电池管理系统、变流器就地控制器采集数据的接收，存储，数据处理和分析功能；就地监控单元向电池管理系统、变流器就地控制器的控制命令下发功能；就地监控单元向储能电站监控系统的数据上传功能；就地监控单元接受储能电站监控系统控制指令功能；实时显示当前运行数据和运行状态的功能，包括电池组，双向变流器的运行参数和运行状态以及运行模式。并能够通过声光报警方式提示设备出现故障。还可以通过就地监控单元或储能电站监控系统查询历史数据，分析故障原因。1.1.4储能系统集装箱排布及现场安装布局示意图图 1-3 电池储能系统集装箱排布示意图图 1-4 电池储能系统现场安装布局示意图1

10、.1.5系统技术参数与规格表 1-1 集装箱储能系统参数（1MW/2MWh）序号参数名称单位标准参数值1额定放电功率MW12额定充电功率MW13额定储能容量MWh2 25，直流侧0.5C/0.5C,100%DOD4直流侧电压范围DC V627.2817.67电芯数量（2MWh）个26888电箱数量（2MWh）个1929电池架数量（2MWh）个1210电池模块串并联方式PxS（1P14S）*16S11运行环境温度（户内）20513电芯参数标称容量Ah260标称电压V3.2循环次数次4500次25，0.5C/0.5C内阻m0.140.05m 新电池40%SOC状态重量g5470最大充电电流A130

11、充电终止电压V3.65最大放电电流A130放电终止电压V2.5最大工作温度范围，充电055最大工作温度范围，放电-20 55体积比能量Wh/L322重量比能量Whkg15214电箱参数电芯串并联方式PxS1P14S标称容量Ah260标称电压V44.8额定能量Wh116480.5C，25放电截止电压V39.2充电截止电压V51.1均衡方式主动存储性能25 30%50%SOC储存30天，可恢复容量97%；25 30%50%SOC储存90天，可恢复容量95%运行湿度RH90%、无凝露15电池架参数模组串并联方式PxS（1P14S）*16S标称电压V716.8标称电量kWh186 25，直流侧0.5C

12、/0.5C,100%DOD外形尺寸（长深高）mm1200*725*2300mm 重量kg1800架体材料冷轧钢板（静电喷塑）最大工作温度范围，充电055最大工作温度范围，放电-20 5516集装箱参数型号规格40尺箱内过道宽度mm750温控系统工业级自动空调风道配置专用风道1.21MW/2MWh储能系统技术方案1MW/2MWh储能子系统由2个500kW/1MWh储能单元组成，共有12个电柜、2个汇流柜、1个控制柜组成，每个储能单元由一个电池主管理单元（MBMU）进行管理，每个电池柜由16个磷酸铁锂电池模块串联而成，由1个电池从管理单元（SBMU）来管理。每个电池模块由14个260Ah电池串联而

13、成，由1个电池监控系统（CSC）来管理，1个CSC管理14个电芯。因此一套电池管理系统由1个SBMU和16个CSC构成。6个电柜高压直流总线汇流到高压电气柜上。控制柜为每个电池柜提供CAN线汇总接口。控制柜提供监控主机，完成CAN总线向以太网的数据转换。管理及监控系统配有UPS，能在电网断电时，维持系统监控运行一定时间。1.2.1单体电池设计及参数本设计方案采用CATL成熟的由全自动生产线生产的标准的260Ah磷酸铁锂（LFP）方形铝壳电芯，单体电池参数如下表：表1-2 260Ah电芯参数表No.项目规格1标称电压3.20V2工作电压范围2.5V3.65V3工作温度范围充电：055放电：-20

14、 554存储温度-30C 60C5电芯重量约5.47kg6电芯尺寸（W*D*H）173.9*71.5*207.3mm图 1-5 电芯外观示意图1.2.2电池箱设计及参数电箱的设计是进行电池串联设计，根据电箱的尺寸和所选的电芯，电箱以14个电芯进行串联，串联后电箱为1P14S，电压为44.8v，具体参数如下所示：表1-3 1P14S电箱参数表No.单体电池260Ah, LFP1电池串并联1P14S2标称电压44.8V3电压范围39.2V51.1V4配置能量11.648kWh0.5C，255工作温度-20556重量约95kg7尺寸(WDH)516*690*234mm 图1-6 电池箱的构成图1.2

15、.3电池柜设计及参数电柜内部主要安装电池箱、主控箱配套电线电缆，主控箱包括电池管理系统、高低压电器保护件等。电柜的设计采用分组分层设计，机柜外观采用免维护技术。本项目电柜主要安装16个电箱、1个主控箱，电池柜具备完整的安装连接材料，并能完成电池输出端的接线。标准电池柜参数如下表：表1-4 电柜参数表No.项目规格1标称电压716.8V2标称容量260Ah3电压范围627.2V817.6V4能量186kWh5电池箱16pcs6主控箱1pcs7隔离开关1pcs8工作温度充电: 055放电: -20559重量约1.8T10尺寸(W*D*H)1200*725*2300mm 参考示意图如下所示：图1-7

16、 电池柜构成示意图（具体以实物为准）1.2.4控制柜及高压电气汇流柜1MW/2MWh储能子系统共由2个500KW/1MWh储能单元组成。单个500KW/1MWh储能单元由6个电柜、1汇流柜、1个控制柜组成，本项目汇流柜及控制柜根据1MWh储能单元，汇流柜选择配备6个电池柜。其主要功能如下：汇流柜设计有6断路器和总隔离开关，为6个电池柜提供高压直流总线并联汇流；控制柜汇总6个电池柜的CAN总线，通过MBMU管理整个电池系统的运行，并通过电池监控系统把电池柜信息转换成以太网协议发送给储能电站监控系统，并可独立完成电池系统的远程监控。提供总BMS与PCS的通信接口。为系统及各电池柜提供电源和工作状态

17、指示灯。如下图所示为总控柜外形图：图 1-8 控制柜及汇流柜示意图(具体以实物为准)1.2.5电池柜布线设计1）电池柜内元器件安装及走线整齐可靠、布置合理，电器间绝缘符合相关标准。2）电池柜内内直流回路分布合理、清晰，进出线采用魏德米勒及其它知名品牌接线端子，接线端子之间具有有隔离保护；主控箱内端子排的设计合理，检修、调试方便； 3）电池柜设计有隔离开关，确保检修时能逐级断开系统；4）直流正负导线采用不同色标；5）高低压及信号线分开不同线槽，进出线采用下进下出的引线及连接线方式；6）强电、弱电的二次回路的导线分开敷设，每个接线端子只接一根导线。电流端子和电压端子明确区分；7）柜内元件位置编号、

18、元件编号与图纸一致，并且所有可操作部件均有标识标明功能。内部接线根据接线图套圈和编号，所有面板上安装的设备采用平面识别标志和功能标志标出。1.31MW/2MWh集装箱设计方案本项目储能系统采用集成化设计，将储能电池柜、电池管理系统集成到安装在一个40尺集装箱内，放置电池柜、汇流柜、控制柜、自动消防系统、空调系统等设备集装箱拥有自己独立的供电系统、温度控制系统、隔热系统、阻燃系统、火灾报警系统、消防系统、安全逃生系统、应急系统等自动控制和安全保障系统。集装箱尺寸按标准40尺高柜集装箱设计，便于堆码。1.3.1集装箱排布设计本项目由15套1MW/2MWh储能系统组成，单个1MW/2 MWh 集成安

19、装在1个40尺集装箱中，共包含12个电柜、2个汇流柜、1个控制柜、消防系统等。集装箱布置如下图所示：图1-9 40尺集装箱排布示意图考虑到电池储能系统装置的施工、调试、维护和检修，在集装箱设计时集装箱内电柜双列布置，中间过道宽度750mm，以便于电池系统的日常维护和管理；热管理采用工业空调及独立风道设计，如下所示：图1-10 40尺集装箱爆炸示意图1.3.2集装箱结构设计集装箱结构设计主要包括外形、钢结构的选用、壳体防护、集装箱进出线等设计，具体设计如下所示：1)集装箱外形尺寸：40尺标准高柜，外形尺寸12192 mm *2438 mm *2896 mm；2)集装箱具备良好的防腐、防火、防水、

20、防尘（防风沙）、防震、防紫外线、防盗等功能，保证集装箱不会因腐蚀、防火、防水、防尘和紫外线等因素出现故障,每5年对集装箱进行一次刷漆保养；3)具有防火功能：保证集装箱外壳结构、隔热保温材料、内外部装饰材料等全部使用阻燃材料;4)集装箱整体防护等级IP54，集装箱门板与外界连通的部位采用密封条防护，防止在户外遭遇风沙或降雨天气时灰尘或雨水进入集装箱内部。保证箱体顶部不积水、不渗水、不漏水，箱体侧面不进雨，箱体底部不渗水；5)具有防尘（防风沙）功能：保证在集装箱的进、出风口和设备的进风口加装可方便更换的标准通风过滤网，同时，在遭遇大风扬沙电气时可以有效阻止灰尘进入集装箱内部； 6)具有防震设计：保

21、证运输和地震条件下集装箱及其内部设备的机械强度满足要求，不出现变形、功能异常、震动后不运行等故;7)具有防紫外线功能：保证集装箱内外材料的性质不会因为紫外线的照射发生劣化、不会吸收紫外线的热量等；8)集装箱进出线:包含电源线、通讯线、控制电缆等采用下进下出方式布置；9)集装箱逃生设计采用了标识、逃生锁、应急灯、自动灭火气体释放声光报警等措施。1.3.3集装箱照明系统设计集装箱的照明系统由普通照明和应急照明二部分构成：1）普通照明选用具有节能效果的LED灯具。2）应急照明选用具有应急出口标识的灯具。当系统出现故障导致交流供电中断时，应急照明灯点亮。1.3.4集装箱热管理设计本项目集装箱内壁采用5

22、0mm厚的金属面岩棉夹芯板作为隔热层，夹芯板岩棉防火等级为A级，耐火极限不小于1h，使系统具备储热保暖、隔热、阻燃功能。考虑到储能系统实地运行环境，为确保电池长期可靠运行，集装箱配置采暖系统和制冷系统，并进行制冷、采暖风道设计，保证箱内温度均匀。针对电池柜和PCS柜对温度的要求不同，将集装箱设计分为PCS舱和电池舱，根据两个舱各自对温度的适应性特征，采用不同的方式进行热管理，以达到优化管理节能的目的。为满足集装箱内温度保持在一定范围内以满足电池对温度适应性的要求，既要补充集装箱在夜间低温环境下的热量损失，还须平衡在极端高温环境下集装箱内热量累积。依据外界环境温度、集装箱热损耗、电池充放电产热综

23、合考虑，集装箱选用两台制冷功率12.5kW的冷暖空调保证集装箱内温度维持在205内,空调供电AC380V。空调选用嵌入式工业空调，安装在集装箱端部，空调制冷功率12.5kW,依据集装箱内环境温度切换制冷/加热模式。空调以嵌入式安装在集装箱前端墙板上，冷风/热风从空调内循环出风口通过集装箱风道平均分配到集装箱内，提高集装箱内部温度一致性。图1-11 嵌入式工业空调为同时应对高低温两种极端气候条件，同时减小集装箱内部环境温度差。集装箱内空调具备制冷和加热的功能，将空调制冷或加热的风接入集装箱风道，由风道统一将冷风/热风引导至集装箱内各电柜上方，再由电箱的风扇将冷/热空气抽入电柜内为电芯降温/加热。

24、集装箱空气循环如下图所示。图1-12 集装箱热管理设计示意图1.3.5集装箱防火系统设计1.3.5.1防火系统概述集装箱防火设计从以下几个方面展开；1）集装箱内选用手动、自动一体化气体灭火系统，灭火介质采用七氟丙烷（HFC-227ea）；2）对电池系统的运行温度实时监测，一旦出现温度严重异常，将提示报警甚至停止运行；3）设备和电池箱体、柜体及线缆等设备的材质选用阻燃材料；4）集装箱内壁选用防火等级为A级的金属岩棉夹芯板，厚度：50mm，耐火极限不小于1h；5）整个系统采取消防联动设计，当消防控制器发出报警信号时，储能系统、通风散热等系统都会停止运行，以确保消防灭火系统能够正常灭火。1.3.5.

25、2消防系统设计本项目消防系统由火灾报警控制器/气体灭火控制盘、感烟探测器、感温探测器、声光报警器、警铃、放气指示灯、手动紧急启/停按钮、业务箱灭火装置（含灭火剂储存瓶、电磁驱动装置、压力信号器）、业务箱配套件（喷头、高压软管）、供电箱灭火装置（含灭火剂储存瓶、电磁驱动装置、压力信号器）组成。如下图所示为灭火系统瓶组：1-高压软管接入口 2-先导阀接入口 3-容器阀 4-压力表接口 5-储存钢瓶图1-13 灭火系统瓶组示意图消防系统灭火气体用量计算本项目选用40尺的集装箱，消防系统参数如下：表1-5 消防系统主要参数表序号类别参数1输入电参数交流输入电压：AC 220V(176V264V)，50

26、Hz2功耗监控状态功耗20W最大功耗150W3尺寸规格(mm)358（D）X1350（H）4储瓶容积90L5类型灭火介质：七氟丙烷（HFC-227ea）6备用电源可满足2小时持续供电1.3.5.3消防系统组成1.3.5.3.1气体灭火控制器气体灭火控制器/火灾报警控制器具有火灾探测报警和气体灭火控制双重功能，可配接各种编码火灾探测器、手动报警按钮、紧急启/停按钮、声光警报器、气体释放警报器、手自动转换开关以及输出模块，实现1个防火区的火灾报警和气体灭火控制。并满足GB 4717-2005 火灾报警控制器、GB 16806-2006消防联动控制器中有关气体灭火控制器的要求，为室内使用设备。气体灭

27、火控制器具有火灾探测及报警功能；能控制实现气体灭火设备的启动喷洒；该控制器收到启动控制信号后能启动现场的区域讯响器报警、自动显示延时且指示延时时间；并联动启动输出模块实现关闭门窗、防火阀和停止空调等功能；延时启动的延时时间在030 秒连续可调；具有停动功能；具有手自动转换功能；自身带有备电，在主电缺失时可自动进入备电运行状态，能给备电充电并有备电保护功能；具有信息记录、查询功能，可保存最后的999 条记录。1.3.5.3.2烟感探测器光电感烟火灾探测器采用无极性信号二总线技术，本探测器主要具有以下特点：（1）内置带A/D转换的八位单片机，具备强大的分析、判断能力，通过在探测器内部固化的运算程序

28、，可自动完成对外界环境参数变化的补偿及火警、故障的判断，存储环境参数变化的特征曲线，极大提高了整个系统探测火灾的实时性、准确性；（2）采用电子编码方式，现场编码简单、方便；（3）采用指示灯闪烁的方式提示其正常工作状态，可在现场观察其运行状况；（4）底部采用密封方式，可有效防水、防尘、防止恶劣的应用环境对探测器造成的损坏。（5）保护面积：当空间高度为6m12m 时，一个探测器的保护面积，对一般保护场所而言为80m2。空间高度为6m 以下时，保护面积为60m2。具体参数以火灾自动报警系统设计规范（GB 50116）为准。1.3.5.3.3温感探测器感温火灾探测器采用无极性信号二总线技术，报警控制器

29、的报警总线以任意方式并接，特别适用于发生火灾时有剧烈温升的场所，与感烟探测器配合使用更能可靠探测火灾，减少损失。本探测器具有以下特点：（1）结构新颖、外形美观、性能稳定可靠；（2）地址编码由电子编码器直接写入，工程调试简便可靠。（3）探测器具有A1R 和BS 两种类别，可用于更广泛的温度环境，可使用编码器进行现场设置。1.3.5.3.4声光警报器火灾声光警报器是一种安装在现场的声光报警设备，当现场发生火灾并确认后，安装在现场的火灾声光警报器可由消防控制中心的火灾报警控制器启动，发出强烈的声光报警信号，以达到提醒现场人员注意的目的。1.3.5.3.5放气指示灯气体释放警报器（以下简称警报器）是气体灭火系统的配套产品，通常安装在被保护场所的入口处。当气体喷洒后，气体灭火控制器（以下简称控制器）将启动警报器发出灯光指示，提醒人员注意并采取相应的措施。警报器与控制器进行通信采用数字信号，工作稳定可靠，对电磁干扰有良好的抑制能力；地址码为电子编码，可由电子编码器事先写入，也可由控制器直接改写，工程调试简便。1.3.5.4消防系统功能a)灭火系统设有自动控制、手动控制和机械应急操作三种启动方式。b)灭火系统能自动检测火灾，自动报警，自动启动灭火系统，操作与该系统连锁动作的有关设备，施放灭火剂。c)灭火系统