储能削峰填谷电源可行性报告修复版

锂电池储能削峰填谷电源系统可行性研究报告青海绿草地新能源科技有限公司二零一七年目录1概述 31.1项目背景 31.2 项目建设的必要性 8电网能源结构的迫切需求 11社会效益和经济效益 13 项目概况 15 项目实施单位 15 小峡隧道节能改造的意义和目的 162 储能削峰填谷电源系统概述 162.1 储能削峰填谷电源系统原理 162.2 储能系统的发展现状 173 工程设计方案 183.1 隧道削峰填谷UPS控制系统的设计 183.2 隧道UPS电源电池设计 203.3 电池柜参数 213.4 隧道UPS削峰填谷电源功能 213.5 UPS运行描述 224 小峡隧道UPS电源施工安装 244.1 隧道电源设计标准 244.2 电池机柜放置 254.3 隧道UPS电源建设工程内容 254.4 材料说明 254.5 施工说明 264.6 隧道UPS电源系统安装方案 265 消防与劳动安全 285.1 消防报警 285.2 劳动安全 286 节约能源及环境保护 317 投资估算 328 结论 321概述项目背景截至2015年底，全国发电装机容量150673万千瓦，其中火电99021万千瓦（包括：煤电819万千瓦、气电67万千瓦，占总装机容量65.7%；非化石能源51642万千瓦（包括：水电31937万千瓦（其中抽水2127130483。2015年中国电力装机结构示意图目前国内建设抽水蓄能电站是解决电网削峰填谷调控的主要250MW50%35%AGC（1）我国可再生能源现状(2016)20151.7亿千瓦，超万千瓦、3973万千瓦，国家电网是全球范围内接入新能源根据国家电网“十三五”电网发展规划，预计到2020年，全国新能4.12.41.5亿75%8000万千瓦，主要集中7000万千瓦，主（2）我国可再生能源发电的特点50MW6000600kW，750kW，1200kW；目前中国最大的太阳能光伏发电项目破千瓦级；江苏兴化市中科生物质能发电有限公司装机容量5000kW．已是国内最大的生物质能发电项目：最大的地热电站西藏羊八井地热电站装机容量约为25MW：1980年5月建成的浙江省温岭县江厦潮汐试验电站装机容量为3200kW。已成为中国最大的潮汐电站。2）发电稳定性较差。如小水电的发电能力随雨量变化而变化，各地还（3）可再生能源对电网运行调度的影响将日益明显。17%2752。3）显著下降，需同步配套相应容量的调频电源。4）并网过程对电网的冲击问题。部分可再生能源发电机组由于容量5—6倍额定电流的项目建设的必要性国家政策支持（中20159（201639市场市场）电网能源结构的迫切需求够迅速并有效地解决区域电网调频资源不足的问题，本项目将对电网的调峰AGC社会效益和经济效益工作模式及时段：当地电力供应分为三个不同时段，电价差距大：时间用电状态工作模式23:00~00:00平时时段电价低，所有隧道设施用市电供电并对蓄电池组进行充电00:00~8:00低谷时段8:00~9:00平时时段9:00~12:00高峰时段电价高，所有隧道设施用电池储存电能供电中断市电12:00~18:00平时时段电价中等，所有隧道设施用市电供电并中断蓄电池18:00~23:00高峰时段电价高，所有隧道设施用电池储存电能供电中断市电平安地区电价表（非居民用电100KV以上）时段电费价格（元/KWh）高峰时段0.9226平时时段0.5741低谷时段0.2256备注：高峰时段：9:00~12:00、18:00~23:00平时时段：12:00~18:00、23:00~00:00、8:00~9:00低谷时段：00:00~8:00*以上数据来自国家电网送电电价表下表为原有供电方式与削峰填谷电源供电费用对比表单位：元削峰填谷电源电网供电日用电量日用电费用月用电费用日用电费用月用电费用3448.32kwh1078323403925.15117754.5备注使用削峰填谷电源年节约用电费用43.873万元除经济收益以外，本项目对于本地煤炭消耗减量和电厂调峰也具有重序号项目常规参数备注1壳体材质镀镍钢壳2标称容量2500mAh电流：1C3最小容量2500mAh电流：1C4标称电压3.6V5充电电压4.2V6放电终止电压2.75V7标准充电电流1C8标准放电电流1C9快速充电电流2C10快速放电电流3C11最大持续充电电流1C12最大持续放电电流3C13内阻≤25mΩ半电态下交流1KHz测量14重量≤48g15直径d≤18.4mm16高度h≤65.5mm17外观无破裂、划痕、变形、污渍、污物等，且有清晰、正确的标志。18标准充电恒流恒压充电：恒流1C，恒压：4.2V，终止电流：0.05C，搁置1hCC/CV（25℃±5℃）19标准放电恒流放电：持续电流1C，终止电压2.75VCC（25℃±5℃）20快速放电恒流放电：持续电流3C，终止电压2.75VCC（25℃±5℃）21工作温度充电：0℃～45℃，放电：-20℃～55℃At60±15%RH22贮存温度小于3个月：-20～45℃；小于1年：-20～25℃At60±15%RH3.电池性能序号检测项目测试条件与方法性能标准3.1.1常温放电性能在25℃±2℃环境下，电池按标准充电方式充电，搁置60min，再以1C电流放电至2.75V，以此方式分别进行3C放电，记录不同电流放电容量放电容量/初始容量×100%110%≥1C≥100%3C≥90%3.1.2常温倍率充电性能在25℃±2℃环境下，电池按标准放电方式放电，搁置1h；以2C电流恒流充电至4.2V，并且充电时间不超过30min，静止1h；电池按标准放电方式放电放电容量/初始容量×100%放电容量保持率≥80%3.1.3放电温度特性电池标准充电，在环境温度25℃±2℃条件下搁置1h，然后以1C电流放电至2.75V；电池标准充电，在环境温度55℃±5℃条件下搁置5h后以1C电流放电至2.75V；电池标准充电，在环境温度-20℃±5℃条件下搁置24h，再在此温度条件下以1C电流放电至2.2V；记录不同温度条件下的电池放电容量放电容量/初始容量×100%-20℃≥70%25℃≥100%55℃≥90%3.1.4荷电保持能力及恢复在25℃±2℃环境下标准充电，电池开路搁置28天后，以1C电流进行放电至2.75V，为荷电保持容量；然后再按标准充电方式充满电，以1C电流放电至2.75V，为恢复容量。在25℃±2℃环境下标准充电，55℃±2℃电池开路搁置7天后，25℃±2℃电池搁置5h，以1C电流进行放电至2.75V，为荷电保持容量；然后再按标准充电方式充满电，以1C电流放电至2.75V，为恢复容量剩余容量≥初始容量×85%恢复容量≥初始容量×90%3.1.5储存性能电池标准充电，25℃±2℃以1C电流放电0.5h，在环境温度45℃±2℃，相对湿度45%～75%的环境中储存28天。再给电池标准充电结束后，在25℃±2℃环境温度下搁置5h，电池标准充电，25℃±2℃，以1C电流放电至2.75V，为恢复放电容量恢复放电容量≥初始容量×90%3.1电性能3.2循环寿命检测项目测试条件与方法性能标准循环寿命在25℃±2℃环境下，电池以1C电流进行充放电循环，每工步结束后搁置10min，若循环500次后达到标准则停止测试，否则循环1000次达到标准。500次电池剩余容量≥初始容量×90%1000次电池剩余容量≥初始容量×80%3.3安全性能序号检测项目测试条件与方法性能标准3.3.1振动性能电池标准充电后，固定在振动台上，沿X、Y方向各振动3h，振动频率为10Hz～55Hz，最大加速度为30m/s2，位移幅值0.38mm(10-30Hz);0.19mm（30-55Hz）振动后以0.33C放电至2.75V，放电容量≥标称容量×95%开路电压应不低于90%的初始电压。电池不泄漏、不破裂、不起火、不爆炸3.3.2自由跌落电池标准充电，电池由高度（最低点高度）为1.5m的位置从电池正负极方向自由跌落到水泥地面上，观察1h。电池不漏液、不起火、不爆炸3.3.3低气压（高空模拟）在25℃±2℃的环境温度下，电池标准充电后在不高于11.6KPa（模拟海拔15240m）压力条件下静置6h，观察1h。电池不漏液、不起火、不爆炸3.3.4重物冲击在25℃±5℃的环境温度下，电池标准充满电后，放在冲击台平面上，将一直径为15.8mm的金属棒与电池轴向垂直水平放置在电芯中部，让重量9.1kg的重物从610mm高度自由垂落至电池上。电池不起火、不爆炸3.3.5热冲击电池放置于热箱中，温度以（5℃）/min的速率升温至130℃±2℃并保温30min，观察1h电池不起火、不爆炸序号检测项目测试条件与方法性能标准3.3.6过充电在25℃±5℃的环境温度下以1C的电流恒流充电至电压6.3V或1h后停止充电，观察1h。电池不起火、不爆炸3.3.7过放电在25±5℃的环境温度下，电池以1C放电90min，观察1h电池不起火、不爆炸、不漏液3.3.8短路在25±5℃的环境温度下，电池标准充满电后，用导线将电池正负极外部短路10min，（导线电阻小于5mΩ），观察1h。电池不起火、不爆炸3.3.9挤压电池标准充电，放置在两个平面间进行挤压测试，压力器必须施加一个与圆柱电池轴向垂直的力通过一半径为75mm的半圆柱体（半圆柱体的尺寸大于被挤压电池的尺寸），挤压速度（5±1）mm/s,电压达到0V或变形量达到30%或挤压力达到200kN后停止挤压，观察1h。电池不起火、不爆炸3.3.10针刺电池标准充电，用5mm-8mm的耐高温钢针（针尖的圆锥角为45°-60°，针的表面光洁、无锈蚀、氧化层及油污），以25±5mm/s的速度，从垂直电池极板的方向贯穿，贯穿位置宜靠近所刺面的几何中心，钢针停留在蓄电池中，观察1h。电池不起火、不爆炸3.3.11海水浸泡电池标准充电,将蓄电池浸入3.5%NaCl中2h(水深应完全没过蓄电池)。电池不起火、不爆炸3.3.12温度循环电池标准充电，将电池放于-20℃±2℃（或70℃±2℃）试验箱内，并在该温度下恒温2h，然后迅速（时间不大于1min）移至70℃±2℃（或-20℃±2℃）试验箱内，并在该温度下恒温2h，计一次循环。循环5次后取出电池，在25℃±5℃至少保持2h,使电池达到室温电池不漏液、不起火、不爆炸我司储能削峰填谷电源系统优势为：根据电网输送电力采用峰、谷、平的差别策略，因此有了差别电价方案，储能电源将谷输出存储用于峰输出时的负载使用，进而平滑了电力输送曲线；我司25D低温锂离子每日产能为40K，INR18650-2500mAh标称电能为：2.5AH*3.6V=9WH，由此可知我司每日共生产电能3600千瓦时，全年共生产129600KWH电能，由于电网高峰时段为：9:00~12:00、18:00~23:00共8个小时，在此期间，储能系统帮助电网供电：28800千瓦时，按照每发电1KW时排放1千克二氧化碳计算，全年可减少大约1036.8吨二氧化碳排放，按电源设计20年寿命计算，总共大约可减排二氧化碳高达20736吨，从而达到节能减排，提高资源、能源利用效率、效益和控制温室气体排放量，有利于社会环境保护，符合国家节能减排政策，功在当代，利在千秋！项目概况项目实施单位小峡隧道节能改造的意义和目的储能削峰填谷电源系统概述储能削峰填谷电源系统原理为了减小电力供应峰谷期的压力、减少煤炭消耗量、降低用电费用，民小公路小峡隧道的削峰填谷UPS电源采用科学的控制方法，在用电低谷电价最低时段对电池进行充电，用电高峰断开市电使用电池储存的电能通过逆变器转换后给用电设备，有效减小高峰时期供电压力，并大大降低了用电费用，并且达到节能减排的目的。储能削峰填谷电源系统示意图目前中国大多数城市每天的昼夜平均电力需求峰谷差超过60%。想要真正达到用电节能减排的目标，应该着力解决白天与黑夜的电力需求之间的巨大峰谷差这一主要矛盾。在没有很好的储能介质的情况下，电网必须按照能满足最大用电负荷来规划，要求建设能够支持负荷用电最大峰值所需的发电厂和输电系统。但先进的储能技术可削峰填谷，大大减少用电的峰谷差，既不用投资再建电厂，也避免了在谷值时系统闲置容量过大所导致的发电机组总体经济性下降、能耗增加的状况发生，从而科学地达到节能减排的目标。储能系统的发展现状最近十年在全球范围内各种新型储能技术快速发展，储能削峰填谷系统在使用寿命、功率和容量的规模化、运行可靠性、投资成本等方面获得了突破，具体包括：20MW响应速度快：毫秒级时间尺度内实现额定功率范围内的有功无功双向调节能力：充电为用电负荷，放电为发电电源，额定功率双系统寿命长：管理良好的储能系统的循环寿命可以达到万次以上。最近几年来，在经过长期的技术论证和项目运行测试后，美国各AGC2013AGC100MW97%以上的可用率，并且实现无人值守自动运行，系统安20MW锂离子电池储能系统 8MW锂离子电池储能系统在PJM电力市场提供AGC服务 在纽约电力市场提供AGC服务32MW锂离子电池储能系统 20MW飞轮储能系统在PJM电力市场提供AGC服务 在纽约电力市场提供AGC服务工程设计方案隧道削峰填谷UPS控制系统的设计在针对民小公路小峡隧道UPS电源的设计中，将逆变器分多个小功率逆变器进行多路供电，当其中一路发生故障不影响整体工作，保证隧道交通行车的安全。逆变器：逆变器具备纯正弦逆变输出、自动稳压、欠压保护、过载保护、温度保护、反接保护、市电切换功能，供电输出稳定。民小公路小峡隧道照明、监控、电伴热、消防等设施功率为：隧道灯具53kw、监控设施15.68kw、变电所10kw、消防水泵22.5kw、深井取水泵18.5kw、电伴热55kw、其他10kw，共计184.68kw。消防水泵和深井取水泵采用市电供电，使用削峰填谷电源功率为143.68kw。用电设备配置逆变器规格用电设备台数设备功率60KW隧道灯具53KW60KW电伴热55KW60KW监控设施15.68KW变电所10KW其它10KW电伴热和隧道灯具各用一台60kw逆变器供电，监控设施、变电所、其他共用一台60kw逆变器，消防水泵、深井取水泵接入市电供电。3台逆变器直流端并联，交流输出端分路输出。削峰填谷控制系统：为了减小电力供应峰谷期的压力、降低用电费用，民小公路小峡隧道的削峰填谷UPS电源采用科学的控制方法，在用电低谷电价最低时段对电池进行充电，用电高峰断开市电使用电池储存的电能通过逆变器转换后给用电设备，有效减小高峰时期供电压力，并大大降低了用电费用。控制系统功能:①实时以图形显示UPS状态，如温度、电压、负载、频率等②控制电池和市电的开断③记录及分析电源状态④异常故障报警系统⑤远程监控包括系统的电压、电流、工作状态、电池温度、报警数据，管理员可在PC或手机端随时查看⑥根据设定用电时段，智能的使电池和市电供电无缝转换⑦市电断开应急供电功能⑧智能判断电量，在电池剩余电量10%左右转换为市电供电，余有电能应急备用，至少可供所有设施工作1h。工作模式及时段：当地电力供应分为三个不同时段，电价差距大：时间用电状态工作模式23:00~00:00平时时段电价低，所有隧道设施用市电供电并对蓄电池组进行充电00:00~8:00低谷时段8:00~9:00平时时段9:00~12:00高峰时段电价高，所有隧道设施用电池储存电能供电中断市电12:00~18:00平时时段电价中等，所有隧道设施用市电供电并中断蓄电池18:00~23:00高峰时段电价高，所有隧道设施用电池储存电能供电中断市电平安地区电价表（非居民用电100KV以上）时段电费价格（元/KWh）高峰时段0.9226平时时段0.5741低谷时段0.2256备注：高峰时段：9:00~12:00、18:00~23:00平时时段：12:00~18:00、23:00~00:00、8:00~9:00低谷时段：00:00~8:00*以上数据来自国家电网送电电价表下表为原有供电方式与削峰填谷电源供电费用对比表单位：元削峰填谷电源电网供电日用电量日用电费用月用电费用日用电费用月用电费用3448.32kwh1078323403925.15117754.5备注使用削峰填谷电源年节约用电费用43.873万元隧道UPS电源电池设计电池模块：考虑到小峡隧道用电负载功率较大，机房维护不方便，还可能会发生电源问题，如断电、市电高压、市电低压、电压瞬时跌落、减幅震荡、高压脉冲、电压波动、频率波动等突发事件，我公司选用了容量密度高、寿命长、放电能力强的高倍率磷酸铁锂电池作为UPS系统的储能电池。小峡隧道我公司选用了有着极高的安全系数、支持大功率放电和更宽的工作温度范围的磷酸铁\o"锂电"锂电池，其优点是：更高的安全性更长的使用寿命不含任何重金属和稀有金属（原材料成本低）支持快速充电工作温度范围广小峡隧道UPS储能电源电池连接方式：电池并联：模块内部电芯采用并联连接，每台电池机柜之间采用专用连接线材进行并联。电池柜参数技术参数项目隧道UPS电池柜输出电压范围AC380/220V输出频率范围50/60Hz工作环境温度：0-40℃，湿度：≤95%[（40±2）℃，无凝露]输出功率60KVA保护功能整组过压、单体过压、整组欠压、单组欠压、超温、过流保护、整组电池过流警示、烟雾报警模块信息远程监控功能通过GPRS系统对模块数据进行实时传输监控注：上表为单个电源柜参数隧道UPS削峰填谷电源功能保护系统：我公司为小峡隧道UPS所配备的电池模块均装有独立电池管理系统，具有整组过压、单体过压、整组欠压、单体欠压、超温、过流保护，当任何一组电池电量耗尽或出现故障时，该组电池自动脱离系统，不再参与充放电。这样单个电池组的故障不影响整个系统供电，不会导致系统突然中断供电，便于维修。状态显示：小峡隧道UPS的机柜和模块均装有数据采集系统和液晶显示屏，可对系统中中每一块电池的温度、电压、电流变化情况进行实时监控。远程实时监控：监控功能示意图监控功能示意图小峡隧道UPS电源系统可以通过GPRS远程监控设备实时向服务器上传机柜每一块电池数据，包括电池的电压、电流、工作状态、电池温度、报警数据。服务器读取这些数据并进行分析处理，隧道内管理员可通过手机、电脑等设备连接互联网登陆到系统平台实时观测运行状态，如有异常系统会立即报警提醒管理员。监控功能示意图监控功能示意图报警系统：该设备安装了烟感报警和运行指示灯，具有声光报警和远程报警功能，当机柜内部有烟雾产生或电池组发生故障时，蜂鸣器会发出警报。UPS运行描述隧道电源正常工作模式描述：隧道中主路市电正常时，UPS—方面通过整流器、逆变器给负载提供高品质交流电源；另一方面通过整流器为电池充电，将能量储存在电池中。原理框图见下图。电池工作模式描述当小峡隧道中主路市电异常时，系统自动无间断地切换到电池工作模式，由电池通过逆变器输出交流电向负载供电。市电恢复后系统自动无间断地恢复到正常工作模式。原理框图见图示2。图2电池工作模式小峡隧道系统旁路工作模式描述：旁路工作方式有两种，一种能自动恢复到正常工作模式；另一种需人工干预才能回到正常工作模式。逆变器过载、逆变器受大负载冲击等情况下，系统瞬动无间断切换到在超静态旁路电源向负载供电。过载消除后，系统自动恢复正常供电方式。当用户关机，或主路市电异常且电池储能耗尽，或发生严重故障等情况下，逆变器关闭，系统会切换并停留在旁路供电工作模式。此后若需恢复到正常工作模式,则需要重新开机。原理框图见图示3。图3旁路工作模式维修旁路模式描述：当我公司维修人员需要对UPS系统及电池进行全面检修或设备故障维修时，可以通过闭合维护开关Q3BP，将负载转向维修旁路直接供电，以实现对负载不停电维护。维修时需要断开UPS内部的主路输入开关Q1、旁路输入开关Q2和电池输入开关以及输出开关Q5,实现UPS内部不带电而对负载仍然维持供电的维修工作模式。原理框图见图示4小峡隧道UPS储能电源通讯管理青海绿草地新能源公司的电池管理系统通过UPS的管理软件，利用成熟的移动通信方式，通过手机短信让用户管理人员对UPS运行情况了如指掌。当发生紧急电源故障时，UPS向被保护的服务器发送事故报警，而此时服务器上的软件将按照事故的类型及相对应的设置决定需要进行的响应。其核心功能是：在UPS故障或者电池即将耗尽时，完成对UPS保护的服务器实现操作系统安全关闭，保护用户系统及数据的安全性。小峡隧道UPS电源施工安装隧道电源设计标准我公司UPS设备及配件在出厂前都进行过严格的检查和测试。为了保障设备运行和便于维护，安装UPS储能电源的房间要通风、干燥、清洁，设备前留一米的空间，在机器后部和墙边留有至少20CM的空间，以利于空气的流动。电池机柜放置小峡隧道UPS储能电源机柜为立式结构，放置在低压配电室中，输入输出由机柜基础槽钢或底座管线引入引出；为了确保设备运行和人身安全，基础槽钢或底座必须有可靠接地。隧道UPS电源建设工程内容小峡隧道UPS储能电源的施工包括UPS及电池系统、配电柜、电缆梯架、母线槽的安装和电缆敷设等。电源安装主要包括：3台75KVA的逆变器和3台380V的整流器、3套电池管理系统、8台锂电池柜及外部敷设的电缆，安装设备清单如下：序号产品名称数量单位规格1智能电源管理系统3套75KVA2电源管理汇流箱3个定制3锂电池24组TL-3604串并线材1套定制5蓄电池机柜24个定制6整流器3套380V7逆变器3套60KW8均衡检测板8套BH-LS-39主控板8套KZ-LS-110GPRS模块8套TX-TY-111采集模块8套XH-DL-212线缆配件1套主线缆：YJV3*95+1*50材料说明主要安装材料电缆梯架、电缆、紫铜排、型钢、电线管、金属软管等。施工说明小峡隧道UPS储能电源安装过程所有电源线和控制线将由绿草地新能源科技公司持证电工在授权工程师的督导下进行安装连接，所有输入、输出和紧急电源关断布线绝对符合国家电气标准。UPS电源布线时使用柔性护套，这样易于维护和保护线路。防雷接地到C级。UPS房间内部强弱电分开敷设，避免交叉干扰。隧道UPS电源系统安装方案青海绿草地新能源科技有限公司工作人员将根据下图流程组织施工：4.6.1设备检查A．UPS主机1）外观检查：主要检查外包装是否破损，机壳是否变形，主机面板是否受损等。2）内部检查：拆开机箱，主要检查变压器、电路板紧固件及接插件是否牢固、可靠。如果UPS是从较低温度的室外刚搬入室内，要注意机器是否产生冷凝现象，机器必须在干燥状态才能启动。3）配件检查：电池连接线及扩展头是否匹配，交流线缆长度是否满足要求，随机配件（参《装箱清单》）是否齐全。4）智能控制系统检查：测试智能控制系统是否正常工作，在UPS运行过程中，实现市电供电和储能供电的削峰填谷切换功能，低谷低电价时段给电池充电，高电价用电池的电供电，保留2小时余量做UPS应急用。5）远程监控检测：系统的电压、电流、工作状态、电池温度、报警数据是否正常B.电池1）检查电池的容量、数量是否符合要求。2）检查电池外包装箱是否完好，纸箱是否有异常痕迹，电池外观应无破损或漏液。3）测量各节电池端电压是否正常，整组电池一致性是否良好。C.电池柜1）检查电池箱的型号与主机是否对应。2）检查电池箱的外观是否破损，机壳是否变形。3）检查电池箱的电池连接线与UPS主机是否匹配。4.6.2设备安装步骤①电池箱安装A、确定电池箱安置地点和方向。B、根据《电池箱安装说明》将电池安置于相应位置并正确接线:C、重新检查电池连接线的紧固件是否锁紧。D、多个电池串联连接时，检查“+”“-”极是否接对。E、用万用表测量电池组的串联总电压，应等于单节电池端电压的N倍（N指单组电池串联总数）。F、确认接线无误，并测量电池组电压，以确保电池箱极性正确。②主机安装及通电启动A、条件允许的情况下，先将电池箱与UPS主机连接，合上主机后面开关，开机，判断UPS主机是否正常。B、连接输入