关于储能预制舱体构造的研究

关于储能预制舱体构造的研究摘要：储能预制舱，用于装载电化学储能电池系统的箱体或柜体，主要由储能电池簇、外壳、支架、连接件、通风系统组成，还可包含冷却系统、视频监控等辅助设施。其是专用于电气成本集成安装的定制化产品，是一种相对先进的预制智能变电设备，已逐渐应用在多个领域。预制舱可以通过工厂预制、现场组装，标准化设计，模块化组合，工业化生产，集约施工。关键词：防水性能；防腐耐久性能；防火性能；密封性能随着全球电力需求增长，储电将成为能源体系中重要的储能形式。根据国家发改委、国家能源发布的《关于加快推动新型储能的指导意见》中提出，到年实现新型能源从商业化初期向模块化发展转变，新型储能在推动能源领域碳达峰、碳中和过程中发挥显著作用，到2030年实现新型储能市场化发展，新型储能成为能源领域碳达峰、碳中和的关键支撑之一，在发电侧、储电侧多以大容量居多，一般采用集装箱预制舱式，容量超过MWh以上，集装箱式电池储能系统具有容量高，可靠性强，灵活性高，环境适应性强得特点，在电网系统具有广泛得应用前景。一、什么是储能预制舱？储能预制舱，用于装载电化学储能电池系统的箱体或柜体，主要由储能电簇、外壳、支架、连接件、通风系统组成，还可包含冷却系统、视频监控等辅设施。其是专用于电气成本集成安装的定制化产品，是一种相对先进的预制智变电设备，已逐渐应用在多个领域。预制舱可以通过工厂预制、现场组装，标化设计，模块化组合，工业化生产，集约施工。二、储能预制舱体的技术要求储能预制舱作为发电储能设备的载体，其应该满足高安全性、高质量的使要求，其构造需满足以下性能：1.良好的密封、隔热、抗风雨性能。为了保证电池组内部安全，预制舱需具备良好的密封性能，避免因外界环境水分、灰尘等物质的侵入而影响电池组寿命。储能预制舱通常会放置在室外，因此需要具备良好的隔热性能，避免高或低温环境对电池组的影响。根据GB/T4208-2017标准，储能预制舱外壳防护级不低于IP55，预制舱的进、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、迷宫式百叶窗，在遭遇大风扬沙天气时可以有效阻止灰尘进入预制内部，保证预制舱防尘防风沙功能的长期有效性；预制舱外壳形状应不易积水积尘，舱体底部不渗水，顶部宜设置挑檐，避免雨水腐蚀舱壁；预制舱舱体四及各洞口位置周边均需做密封处理，材料可选用硅橡胶、三元乙丙密封条及耐防水密封胶组合使用；预制舱外围护的保温材料选择用聚氨酯夹心板及聚氨酯泡剂等，薄弱部位做好处理，避免冷桥现象。2.良好的抗震性能。预制舱及其内部设备应有防震和抗冲击性能，在运输者地震的情况下要满足不出现变形、功能异常、震后运行异常的现象，要具备好的防破外能力。3.良好的防火性能。预制舱的材料需要具备良好的耐腐蚀性能，避免长期暴漏在室外环境中而导致腐蚀损坏。根据颁布的《电化学储能电站安全技术要求》，对于磷酸铁锂电池消防系统应该在10s内扑灭单个电池火，对于铅酸电池和铅碳电池为储能载体电化学储能站，灭火系统应该在5s内扑灭单个电池或火灾，并保证24小时不复燃。（1）电化学储能系统消防安全隐患主要有：火灾、爆炸、化学风险、电气风险等，因此电化学储能系统在应用前应进行电池热失控测试，电池热失控测试常用标准GB/T36276—2018，UL9540A。UL9540A检测标准适用于所有储能系统的电芯，GB/T36276—2018适用于电力储能用锂离子电池，侧于检测储能用锂离子电池在发生热失控时是否发生起火。（2）储能预制舱是单独的消防单元，在使用过程中作为独立的消防系统，储能预制舱作为发电储能设备的载体，其良好的防火性能使最基本的要求，也是十分重要的要求，储能预制舱内部的设备只有在防火性能良好的的舱体内部才能正常的运行，创造更多、更好的经济效益a、储能预制舱从制作材料融入防火元素，预制舱舱壁板选材：①冷压钢+防火保温材料（其厚度依据设计而定）+内部装饰板；b、金属夹心板复合板，常用的有金属聚氨酯夹心板、金属岩棉夹芯板等，金属夹心复合板板选材钢板基板镀铝锌或镀锌具体根据设计而定，板材厚度依据设计而定。储预制舱壁板选材的防火材料应兼具保温功能。b、储能预制舱内部采用保温、铺地、装饰材料时，其燃烧性能应达到现行国家标准《建筑材料及制品燃烧性能级GB8624规定的A级。储能预制舱内部地板选材的性能应该具有防火、耐高温、阻燃、防静电、防腐等特点，常用玻璃镁防火板、陶瓷材质板材、塑料材质板材。c、储能预制舱应设置自动监控灭火系统和切电装置，其系统包括感烟探测器、感温探测器、气体灭火控制盘及紧急启动、停止按钮、防气指示灯、泄压口等在紧急状况发生时，可以启动自动灭火装置，另外烟感和温感同时动作时，电可以被切掉，阻止危险扩散蔓延。d、储能预制舱壁板预留孔洞位置四周，需做好密封、耐久性、防火处理，避免因雨水渗漏给储电设备带来安全隐患。e、设置气体灭火装置。4.良好的耐腐蚀性能。预制舱的材料需要具备良好的耐腐蚀性能，避免长期暴漏在室外环境中而导致腐蚀损坏。a、舱体应采用喷砂、热喷锌、喷锌加涂料、喷户外高档聚氨酯面漆防腐处理，、钢板采用喷砂、喷户外高档聚氨酯面漆防腐处理、金属材料经防腐处理后表覆盖应有牢固的附着力，并均匀一致，舱体面漆采用抗紫外线、抗老化、长不氧化、不粉化；b、舱体底板槽钢必须经过喷砂、喷锌处理后，采用沥青漆重度防腐处理，保证30年不锈蚀。5.良好的安全性能。a、舱内应设置至少2套防爆型通风装置。排风口至少上下各1处，每分钟总排风量不小于预制舱容积，严禁产生气流短路，通风装置应可靠接地b、设置防爆照明灯具和防爆开关；c、宜将电池预制舱门设为泄口，当检测有可燃气体时，联动门禁系统打开预制舱门锁扣；d、储能预制舱满足接地及干扰要求。三、储能预制舱体结构组成及常见外围护材料储能预制舱结构组成：①角柱、立柱、端梁、侧梁、瓦楞钢板，其中瓦楞钢板即作为预制舱外舱壁板使用，又作为一定承重辅助结构构件使用；②角柱、立柱、端梁、侧梁，没有瓦楞钢板辅助作用，通常要加设多个立柱来替代（图1）。常用结构构件如图2所示。常用外围护材料：储能预制舱外围护板材常用的材料有：钢制瓦楞板、金属夹心复合板（金属聚氨酯夹芯板、金属岩棉夹心板等）。钢制瓦楞板作为外舱壁板与预制舱内装饰板之间设置防火保温层，防火保温层用聚氨酯夹芯板、岩棉夹心板材、聚氨酯发泡剂等材料（图3、4）。图1主体框架示意图图2常用结构构件图3钢制瓦楞板+防火材料+内钢板构造 图4金属夹芯板构造做法四、典型的构造做法1.储能预制舱转角处构造（图5、6、7、8）图5转角构造1 图6转角构造2图7转角构造3 图8转角构造42.预制舱顶部防水构造。预制舱屋面形式有平屋面和坡屋面，排水方式通常有组织排水、自由排水。根据项目地不同或者客户需求不同选择不同的排水方式。有组织排水：顶设有积水槽、集中排水孔、网孔板，集水槽沿长度方向设置在预制舱顶板的两侧，焊接在防雨檐位置，用于集中搜集雨水，统一集中排水孔排出，排水孔位置焊接网孔板，网孔板能够有效的组织飘落的舱体上的杂物堵塞排水管，排水管安装在焊接的排水管接头上，排水管的材质通常选择耐腐蚀，耐强压的PVC管。这种排水方式的特点减少了雨水对舱体体的影响，但构造复杂，检修不变，造价高，不适用于积灰多或者有腐蚀介质的环境中。自由排水：即散排，装箱最常见的排水方式。特点构造简单，造价低，但落水容易使舱体外表面产污渍，影响舱体的坚固耐久性，需对舱进行防腐防锈处理或在预制舱顶部加设檐。坡屋面有组织排水构造（广泛应用在变电站储能、光伏储能项目中）如图9、平屋面有组织排水构造如图10，坡屋面自由排水构造如图11，平屋面无挑檐自由排水构造如图12，平屋面无挑檐自由排水构造如图13。坡屋面自由排水构如图11、平屋面无挑檐自由排水构造如图12。图9坡屋面有组织排水构造 图10平屋面有组织排水构造图图11坡屋面自由排水构造图图图11坡屋面自由排水构造图12平屋面无挑檐自由排水构造根据需要对储能预制舱需进行拆分项目，将拆分部分运输到现场拼装，在拼装过程中出现的拼缝是储能预制舱的薄弱区域，容易形成冷桥，出现凝露现象，需要对这些部位进行特殊处理，减少对储能预制舱使用寿命的损伤。上下箱体拼缝构造如图14，上下箱体拼缝构造如图15，上下箱体拼缝构造如图16，左右箱体拼缝构造如图17。选用的是金属夹心复合板作为舱壁板时，其型号有特定尺寸大小，在板材的之间的拼缝需做特殊处理。金属夹心复合板材横缝构造如图金属夹心复合板材竖缝构造如图19。图14上下箱体拼缝构造图15上下箱体拼缝构造图16上下箱体拼缝构造 图17左右箱体拼缝构造图18金属夹心复合板材横缝构造图19金属夹心复合板材竖缝构造储能预制舱是储能化学电站稳定发展的基础支撑，储能预制舱可定制化生产，可建立高效的系统集成体系（图20）。图20系统集成体系示意图参考文献：[1]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[J]西北水电,2023(02):96-99.[2]刘立峰,吴娟,吴平涛.集装箱式建筑在变电站的应用与发展[J].湖北力,2014(10):111-113.[3]郭雪婷.集装箱改造建筑设计研究[D].南京工业大学,2013.[4]徐宝勇.电化学储能电站火灾分析及处置措施研究[J].今日防,2023,8(04):11-13.[5]李建林,谭宇良,王含.储能电站设计准则及其典型案例[J].现代力,2020,37(04):331-340.[5]甘江华,吴道阳,陈世锋,刘玉振,石伟,马骏.电网侧大规模预制舱式电储能电站集成技术研究与应用[J].供用电,2018,35(09):36-41.[6]许磊,刘晓鹏,王勇俞.全尺寸预制舱式储能柜热失控早期征兆分析[J].能科学与技,2022,11(08):2463-2470.[7]刘牛,徐波,陈亚新.基于预制舱的电网侧储能电站模块化设计[J].通信源技,2019,36(03):231-233+235.[8]甘