预制舱式储能装置的舱体设计思路探讨pdf

  免费在线 张述清,赵鹏举,宋政昌,周成龙.预制舱式储能装置的舱体设计思路探讨 詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨 文章编号:1006—2610(2023)02—0096—04 预制舱式储能装置的舱体设计思路探讨 1 1 2 2 张述清 ,赵鹏举 ,宋政昌 ,周成龙 (1. 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安摇 710065; 2. 中电建(西安)港航船舶科技有限公司,西安摇 710199) 摘摇 要:结合“碳中和、碳达峰冶行动方案的实施,以风电、光伏为主的新能源供电方式获得了突飞猛进的发展。 为 高效利用当地风、光优势资源,形成能源的有效补给,提供较为可靠、可持续的清洁能源,针对新能源配额储能方案提出 了一体化储能设备预制舱,从整体强度、外观、防腐、保温密封等方面介绍了舱体的设计方法及思路,可为储能装置 设备研制提供借鉴。 关键词:预制舱舱体;储能装置;高寒地区;整体设计 中图分类号:TH12 摇 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 摇 摇 DOI:10.3969/ j.issn.1006-2610.2023.02.018 DiscussionontheDesignof Prefabricated CabinTypeEnergy StorageDevice 1 1 2 2 ZHANG Shuqing ,ZHAO Pengju ,SONGZhengchang ,ZHOU Chenglong (1. PowerChina Northwest Engineering Corporation Limited,Xian摇 710065,China; 2. PowerChina (XIAN)Port Navigation and ShipbuildingTechnology Corporation Limited,Xian摇 710199,China) Abstract:Combinedwiththeimplementationof theCarbonneutrality andCarbonPeaking actionplan,new energy supply based onwind and solar powerhasmaderapidprogress. Inordertoefficientlyutilizelocalwindandsolarresources,formaneffectivesupplyofenergy,andprovide reliableandsustainablecleanenergy,anintegratedenergy storage equipment with prefabricated cabin is proposed in the scheme of new energy quotaenergy storage,andthedesignmethodsandideasofthecabinareintroducedfromtheaspectsof overall strength,appearance,anti-corro鄄 sion,thermal insulationandsealing,whichcanprovidereferencefor thedevelopment of energy storageequipment. Keywords:prefabricated cabin;energy storage device;cold area;overall design 发挥作用,可为以风电、光伏等新能源为孤岛型微电 0摇 前摇 言 网的持续供电做好后盾,为今后新能源的微电网系 一个完整的储能电站按功能可划分为发电区、 [1-2] 统项目的发展打下坚实基础 。 本文对预制舱体 储能设备区、配电装置及辅助设备区、功能管理区四 进行一定的研究及整体设计思路进行归纳总结。 大部分。 这四大功能各自为独立单元,对于储能设 备区基本由变流器(PCS)、储能电池及电池管理系 1摇 预制舱式储能装备舱体存在问题 统(BMS)构成,这些电气设备基本集成于预制舱 1.1摇 标准集装箱概况 内。 利用预制舱式一体化储能装备的独特优势,在 据查证传统的集装箱运输业起源于欧洲,同一 西北地区、高寒地区及人烟稀少地带的生产生活中 时期发展于欧洲,但集装箱的国际统一标准却是在 美国建立的。 近代美国对各种与集装箱有关的各种 摇 摇 收稿日期:2022-12-19 装备研究也长期处在世界领头羊,为世界交通运 摇 摇 作者简介:张述清(1973- ),男,甘肃省镇原县人,正高级工程 [3-4] 输装备系统做出了巨大贡献 。 20 世纪60 年代 师,主要是做水利水电工程及水环境治理装备研发工作. 欧美等发达国家组织成立了国际标准化组织集装箱 摇 摇 项目基金:中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司科技项 技术委员会(简称ISO/ TC104),国际标准化集装箱 目(XBY-KJ-2019-09). 是指根据ISO/ TCl04制定的国际标准来建造和使用 西北水电·2023年 ·第2期 97 詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨 的国际通用的标准集装箱。 在集装箱标准化发展过 (2) 由于舱体内部装载储能电池簇数量多,重 程中,初期由于各行业对集装箱技术标准不统一,国 量较大,舱体外观尺寸较大且为箱形结构,受力结构 [5] 复杂,针对不同形式的电池簇布置及电池设备在舱 际集装箱的设计建造标准曾多达3个 。 目前对于 系列1集装箱由于其通用性好,逐渐被各个运行厂 体内的布置形式,均对舱体的结构影响较大,因此提 商及市场广泛接受。 系列1集装箱各项参数如表1 前设计好舱体内的结构骨架、结构强度验算、起吊点 [9] 所示,目前按照箱体外形公称尺寸的排序,分别以 设置等是设计工程中的重点 。 A、B、C、D依次表示公称长度为40 ft、30 ft、20 ft 和 (3) 舱体的防火及防爆事故依然是设计工程中 10 ft 的箱型,其中1AAA、1AA和1CC是目前全球集 的重点考虑因素。 装箱运输普遍应用的箱型;相应的系列2、系列3先 2摇 微网中预制舱体的整体设计思路 [6] 后由“国际标准冶降格为“技术报告冶 。 表1摇 lSO系列1集装箱的内外部尺寸和最大总重 根据系统装机容量不同使用对应尺寸的预制 高度H/ mm 宽度W/ mm 长度L/ mm 最大总质量 舱,可采用预制舱采用标准10尺/ 20尺/ 40 尺箱,预 型号 外部 内部 外部 内部 外部 内部 / kg 制舱建造总体工艺流程如图1所示,舱体设计要素 1AAA 2896 2655 包括:淤 在舱内平面布局设计时,布局应紧凑合理, 1AA 2591 2340 2438 2330 12192 11988 30480 1A 2438 2197 便于维护;于 在保温设计时,预制舱的保温材料应 1AX 2438 2197 按照-50益环境和温度下正常工作的标准做,要做 1BBB 2896 2655 1BB 2591 2340 相应的热仿真分析说明;盂 在预制舱三维模型时, 2438 2330 9125 8931 25400 1B 2438 2197 提出预制舱三维模型文件和典型BOM清单。 预制 1BX 2438 2197 舱设计时,除考虑到自身的强度刚度验收、自供电系 1CC 2591 2340 1C 2438 2197 2438 2330 6058 5867 24000 统、温控系统、隔热阻燃系统及相应的安全保障系统 1CX 2438 2197 外,还必须对于系统的更新、设备检修更换等合理规 1D 2438 2197 1DX 2438 2197 2438 2330 2991 2808 10160 划,以保证后期运行维护的方便及可换性[10-11]。 在 满足各性能的基础上,设计过程尽量简化结构及形式, 预制舱式一体化储能系统及模块化变流器,可 减少相关成本及安装费用。 具体设计思路应如下: 以依据工程建设规模,将储能逆变设备、储能电池、 (1) 考虑到舱体在运输及吊装过程中的可靠 风(光)清洁能源或柴油发电接入设备、配电装置、 性,舱体在设计时必须对机械强度和刚度进行验算。 交直流一体化电源、能量管理系统相关软(硬)件等 同时,要求牢靠固定内部配置的电器设备,防止其在 设备或装置集成在标准集装箱内,在工厂进行预装, 运输及安装过程中造成对舱体内各电器设备及电池 并统一设备外接口形式的一个有机整体,可有效解 整体造成的破坏。 由于预制舱体基本安装在边远地 决设备层通信接口差异大、PCS多机并联系统模块设计、 带,局域地质条件差,地形地貌及外界环境差,因此 电池成组标准化等问题,达到优化设备布置方式、减 在设计中应考虑其防风抗震能力要求。 少线损、增加线路和设备常规使用的寿命,施工快捷方便, (2) 为保证预制舱体能在复杂水文气象条件下 运行安全稳定,运维简单易行,减少相关成本等目的。 其 正常运行,设计时必须根据当地的水文气象资料,设 优势大多数表现在科学安全、建设周期短、绿色环保、 定预制舱体整体防水等级,在舱体内部采用钢板及 [7] 环境友好、集约用地、减少资源消耗 。 阻燃绝缘隔板来设置分隔舱室,达到持续保证舱体 1.2摇 预制舱体在微网电站应用中存在的问题 内部干燥及整洁效果,且对于分隔的隔室之间的防 (1) 由于舱体内电池等电器装备在工作过程中 水等级也要进行规定。 持续发热,本身会造成舱体内温度过高,加上边远地 (3) 参考当地的风沙等自然条件因素,预制舱 区及高寒地带四季温差变化较大,造成不一样时期舱 体设计时,一定要采取相应的防腐措施,以保证舱体的 内外温度差异过大,对电池的正常存放电有较大影 使用年限达到工程使用年限规定,对于舱内电气设 [8] 响 ,必须在舱体设计过程中依据舱体内的热量流 备设计年限均应达到同等的使用寿命水平。 分布,采取对应的措施温度控制难度较大。 (4) 预制舱内各电气及电池设备在运行过程中 98 张述清,赵鹏举,宋政昌,周成龙.预制舱式储能装置的舱体设计思路探讨 詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨 受温度影响较大,而边远地带白昼及季节温度差异 设计足够的支撑结构。 较大,在预制舱体设计时,应综合内外部措施保证隔 热保温性能,防止舱体内温差随外界环境和温度变化 [12] 而变化,影响储能设备的储放电效果 。 图2摇 预制舱底梁结构强度分析示例 3.2摇 箱体保温设计 (1 )预制舱体一定要保证在恒温状态下进行运 行,设计时须采取严格的保温措施与工艺,采用双层 优质钢板,双层板之间填充聚氨酯防火保温材料,门 板整体厚度不低于相应的设计标准。 (2) 箱体内设置自动温控系统,并加装相应的 制冷及加热设备,具备长时间加热或者制冷的功能, 且按照舱内温度环境可以有效的进行自动切换功能,以保 证舱体内的运行环境的稳定性。 (3) 箱体内加热装置应能满足储能系统长时间 停机后,再启动时0.5 h 内可将舱体温度加热至蓄 [13] 电池运行工作时候的温度范围内 。 (4) 采用嵌入式工业空调,安装在集装箱内部, 空调制冷功率3 kW/ AC220 V。 空调安装在集装箱 图1摇 预制舱建造总体工艺流程 墙板上,不得影响储能系统正常使用,空调设施的配 3摇 预制舱体整体解决方案 置一定要满足相关设计规范的要求。 3.3摇 箱体防火设计 3.1摇 箱体强度设计 (1) 预制舱箱体设计时应保证良好的防火性 (1) 预制舱箱体底架由型钢焊接而成,箱体骨 能,采取的措施有壁板需保证内部、外部着火时的最 架均为焊装一体式结构,主要钢材材质应选用优质 低性能水平为耐火2 h 以上,2 h 内舱体外壳完全具 碳素结构钢,屈服强度不低于235 MPa,考虑到焊接 备整体完整性及防火性[14-15]。 方式及箱体外观尺寸,设计时预留相应的强度和刚 (2) 集装箱排烟设计应符合现行国家标准GB 度余量,以保证箱体在起吊、运输和安装时不会整体 50016《建筑规划设计防火规范》的规定,电气配电装置 发生变形,满足GB 17467《高低压集成式变电站》防 预制舱应设置机械排烟装置;且当火灾发生时,送、 冲击试验要求,预制舱强度需经过验算合格,重要受 排风系统、空调系统应能自动停止运行。 力单元应分别验算,图2 是预制舱底梁结构强度分 (3)集装箱消防供电应符合现行国家标准GB 析示例。 50229《火力发电厂与变电所设计防火规范》的规定。 (2) 箱体框架、门板及顶盖均采用优质钢板,不 3.4摇 预制舱综合布置 允许使用彩钢板、GRC、金邦板等非金属箱体,框架 预制舱在强度、保温、防火设计完成后,应根据 钢板、顶盖外表面钢板及底板均满足验算要求。 配置需求,合理规划空间,预制舱综合布置如图3所 (3) 箱体达到保温效果的同时,应保证舱体足 示。 从图3可知,舱内布置了BMS系统、EMS系统、 够的机械强度,内外钢板间通过冲压槽孔点焊连接, PCS设备、电池和散热等元件,通过三维建模,可对 布置合理性提供直观评价依据。 内衬型钢,设置独立支架,立体结构应根据承载计算 西北水电·2023年 ·第2期 99 詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨詨 [2]摇 范明天.2010年国际大电网会议配电系统及分散发电组研究 进展与方向[J].电网技术,2010,34(12):6-10. 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