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站房式储能,能否再次站上风口?

日期:2023-12-05    来源:储能与电力市场

国际储能网

2023
12/05
09:41
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关键词: 站房式储能 储能产业 储能项目

集中式热管理,可有效降低辅助电源功耗。在与其他热源,如电厂余热配合使用时,可进一步发挥站房式在降低能耗上的优势。加之规模效应明显,西北高寒地区百兆瓦时储能项目或将成为站房式储能重要的应用场景之一。

11月27日,华能北方上都百万千瓦级风电基地配套二、三期单层站房式储能项目实现全容量并网。该项目总规模300MW/600MWh,分三期建设,每期100MW/200MWh,其中一期工程为集装箱式,采用分散式控制、集中式控制、高压级联直挂式三种储能技术路线。

9月13日,山东省首个站房式储能电站—山东德州海琮200MW/400MWh储能电站确定EPC中标结果,中建国际、十一科技、航电微能源联合体以58702.88万元的报价,折合单价1.468元/Wh中标。

随着这两个项目的推进,站房式储能重新引起市场关注,越来越多的业主开始关心站房式储能电站的投资成本、建设难度、运行效率、项目收益、后期运维等情况,以评估是否具备投资价值,在应用上又是否具有优势,并决策是否要推进相关项目应用。

其实早在12前年,我国就有站房式储能投运。2011年投运的国内首座兆瓦级电池储能站——深圳宝清储能站即为站房式储能电站。据不完全统计,我国当前已有近10个站房式储能电站处于运行/在建/调试中。

表:站房式储能项目汇总

表中可以看出,2011-2021年,近10年间,站房式储能同我国储能行业发展一样较为缓慢,2022年随着储能元年的开启,站房式储能陆续开始有项目投建,其中宁德时代是主力推进队员。站房式储能,能否再次站上风口?

什么又是站房式储能,站房式储能的突出优势在哪里,未来是否会被广泛应用?接下来我们将逐个回答。

什么是站房式储能

站房式储能电站,以建筑物为本体的储能电站,位于钢筋混凝土建筑的室内,与预制舱式一同为储能电站建设的不同形式。值得注意的是,在建筑物中某个房间内布置储能系统的不属于站房式储能,此种方式存在着较大的安全隐患,一般选择独立的建筑单独布置。(《山东省建设工程消防设计审查验收技术指南(电化学储能电站)》:锂离子、钠离子电池厂房(厂房式储能电站中布置电池室及相关工艺设备的建筑物)应独立布置。)

从外部看,站房式储能与普通的低层小楼没有太大区别。根据建设规模的不同,站房式储能一般选择单层至三层。随着层数的增高虽可大量节省占地面积,但对楼层的承重能力要求也随之提高,会增加电站整体的投资成本。故而站房式储能电站层数并非越高越好,目前尚未出现过4层及以上的站房式项目。

图:部分站房式储能电站

如上图所示,浙能萧山发电厂储能电站为3层站房式,项目利用退役机组的既有线路、设施和场地进行建设。这一案例中,场地有限,是选择建设站房式储能的主要考量因素之一,站房式储能的多层结构在节省占地面积的同时最大限度的扩大了电站规模。

站房式储能的特点

一、集中式热管理,降低辅助功耗提高运行效率

站房式储能以建筑物为本体直接集成单簇的直流侧、PCS等设备。在采用的设备上,站房式储能与预制舱式储能并未有太大差别,最大不同在于热管理方式,由分散式变为集中式。

站房式储能通过管道构造全站一体的暖通系统,从冷水机组到每层的循环泵再到每个设备间的水冷单元最后到每个电池pack的水冷板。全站分级层层相连,整站循环,增加热管理效率。

这种集中式热管理方式,需要配置大型制冷机组调控全站温度,对于冷水机组的功率要求较高,市场上常见的3kW、8kW、15kW、25kW、40kW、96kW标准化产品也可应用,但是成本较高,效率较低。

集成商一般选择向热管理厂商定制冷水机组,由专业的热管理厂商提供设计方案,如选择高澜等可提供站房式储能解决方案的温控厂家进行合作。依据所在地的自然环境,计算电站夏季、冬季需要的冷量,再结合工况选择最优配置,功率从几百千瓦到几兆瓦不等。

前文中提到的华能上都站房式储能电站总装机容量200MW/400MWh,配置温控系统空调总功率1120kW,而同样一个200MW/400MWh的预制舱式储能电站,以20尺集装箱3.45MWh的配置考虑,则需要配置约116个集装箱。若每个集装箱安装的水冷机组功率为40kW(0.5C液冷系统),则总共需要安装空调功率4640kW。

显然,从空调功率上看,站房式定制化的制冷机组,可大幅降低功率配置,从而降低空调耗能。此外单体冷水机组功率增大,效率也更高,能大大降低辅助功耗。

另外值得注意的是,宁波万华热电储能电站、华能上都站房式储能电站项目都建在发电厂附近,在热管理上还可与发电厂余热结合使用,进一步降低辅助功耗,降低运行成本。

华能上都站房式储能项目位于冬季气候寒冷区域,其对外部热源的利用,对在内蒙、新疆等冬季自然环境较为严酷的省份中如何设计储能电站,提供了很好的借鉴。站房式储能或在这些区域获得进一步推广。

另外,在可以蓄冷、蓄热享受特殊电价政策的区域,如能结合蓄冷、蓄热机组,站房式储能还能进一步优化热管理系统,降低用能成本。

综合来看,站房式储能在热管理上的优势为:

1)集中式热管理效率更高

2)定制化冷水机组效率高,避免冗余浪费

3)与其他外部热源相结合效果突出

这也是站房式储能最为突出的优势,通过集中式热管理降低辅助电源功耗,提高系统运行效率,提升电站全生命周期放电量,进而提高收益。

此外多层站房线路铺设也更加集中,线缆用量减少,能够降低建设成本与线路损耗,进而提高运行效率。

二、运维方便、电站使用寿命长

站房自身采用的钢筋混凝土建筑也为站房式储能带来了很多优势。相对于非步入式20尺集装箱来说,站房式储能的内部空间大,可允许运维人员自由走动。相较于预制舱式的露天外部运维,站房式的室内环境对运维人员更加友好,尤其在高寒、高风沙等环境恶劣的地区甚至无人区。

使用寿命上,按照建筑现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2018)的规定,普通房屋和构筑物,设计使用年限为50年,全生命周期无忧。而根据最新的《预制舱式锂离子电池储能系统技术规范》,预制舱式储能系统的设计使用寿命应不小于10年。

当前,在考虑是否选择建设站房式储能时,储能电站的使用寿命,也成为了除节约用地外,影响决策的主要因素之一。站房作为永久建(构)筑物设计使用年限为50年,通过更换电池可保障储能电站稳定运行25年无忧,而预制舱式储能电站,则面临着运输过程中的磕碰、磨损、掉漆,运行环境腐蚀(例如海边等高盐雾环境腐蚀)等各种情况,从而加速集装箱折旧,使用寿命难以保障。

站房式建筑拥有更长的使用寿命,尤其在自然环境对集装箱并不友好的区域,站房式储能将具有一定的应用优势。

三、内部空间大,可匹配多样消防设施

安全是储能电站的底线与根本,北京、山东针对电力系统运行规范/电化学储能电站消防验收的规定中均包含了站房式储能的部分。

其中《山东省建设工程消防设计审查验收技术指南(电化学储能电站)》明确站房式储能的锂离子、钠离子电池室可采用气体灭火系统或高压细水雾等能够降温、灭火且不易产生电气短路的自动灭火系统;北京地标《电力储能系统建设运行规范》表示火灾危险性为甲、乙类的站房式储能系统防火分区面积不应大于250㎡。储能单元与周围房间以及储能单元之间应进行防火分隔。

(详情参见文章底部站房式储能相关标准)

站房式储能由于冗余空间更大,满足以上规定的同时其安全可靠性可以做到更高。自动灭火系统可以气体和水消防双重配置,每个防火分区的消防设施配置也不受空间的限制,除防火墙、防火窗外,隔离门、泄爆门、泄爆通道等都可选择。只要建设符合规定,站房式储能消防验并不会被针对。

综合以上几个特点,业主在综合考虑初始投资、全生命周期投资收益、用地面积、电站寿命等因素之后,在站房式与预制舱式中做出选择。

表:站房式储能vs.预制舱式储能

站房式储能发展趋势

一、设计院主导,深入介入电站本体设计

设计角度看,设计院和EPC在站房式储能上起到了较预制舱式储能项目上更大的作用,进而可能会带来角色的变化。

预制舱式:集成商主导储能系统设计,设计院负责电站设计

站房式:设计院主导电站设计以外,也可主导储能系统设计,EPC负责采购、集成

整体来看,目前预制舱式储能电站采购中,较大比例的项目由系统集成商提供整站系统,包括直流侧、PCS、EMS、BMS、空调等,集成商根据自己的产品设计,提供整套解决方案,以集装箱的形式统一出货。

而站房式储能电站,组成储能系统的所有设备都可独立出来,可供设计院操作的环节增多(整个储能系统集装箱拆为分散的设备单元),设计院可以更深入的介入整个储能电站本体(储能系统)的设计建设中。而集成商的出货内容很大可能由整站系统变更为直流侧电池簇或者是电池模组,这将在一定程度上降低系统集成商的利润空间,尤其是不具备电芯生产能力的集成企业。

当然,优质集成商凭借其对电气设备的了解以及系统集成的经验,也可以在站房式储能的发展中延伸自己的产品范围,逐渐深入到站房式储能温控等更多设计中去,提高自身价值。

比如,海博思创在华能清能院北方上都百万千瓦级风电基地配套储能二、三期项目中,运用其系统集成技术及经验,助力项目克服了典型锂离子电池储能系统建设成本高、运维难度大、环境兼容性差等问题,为大规模站房式储能电池的应用提供了范例。通过热储联动耦合及“PACK+系统双级消防”,在储能系统热管理模式及储能系统安全防护等方面为大规模储能电站的发展提供了先进经验。

二、工程复杂化,产品简单化

预制舱式的储能系统经过近几年的高速发展,储能集成商的产品化意识已经形成,都在推出更为标准化的储能产品。2023年下半年陆续推出的模块化储能系统,更是“all in one”设计理念的深入贯彻。产品复杂化、工程简单化,将复杂多元的产品功能集成一体进行出货,现场仅需简单的安装,减少施工量的同时,还能最大限的缩减建设周期。

而站房式储能,显然与上述路径相反。项目设计、建设方建设好储能站房后,EPC根据设计要求采购设备,进行现场的设备安装。储能系统中各组成部分设备的选择,将会“拆零”,分散化。例如电池直流侧系统,既可以采用电池簇的形式,也可以采用电池模组的形式。站房式储能电站的整体建设,更趋向于一项工程,产品简单化、工程复杂化。

显然,站房式储能在储能系统集成方面的选择与目前的储能系统设计的整体趋势并不完全一致,这种方式下,标准化、规模化发展的空间或将受到一定影响。

三、特定场景适用性高

文章开头提到,部分业主们已经开始关注站房式储能,对电站全生命周期高效率的追求,和初始投资额的限制,促使其在预制舱和站房式中寻找最优解。

由于站房式储能具有规模效应,百兆瓦时及以上规模采用站房式储能的优势更加明显,这在一定程度上限制了其在用户侧的发展。此外风光电站强制配储的业主出于成本的考虑也往往不会选择站房式储能。欣旺达能源科技王梓豪认为独立储能项目会是站房式储能的主要应用场景。独立储能更加看中全生命周期的投资收益,注重系统效率、可持续性、可维护性以及安全性。随着大型独立储能电站的发展,站房式储能的应用会越来越多。

同时,站房式储能集中式热管理在降低辅助功耗上具有的优势,使其在内蒙、新疆等自然环境相对严酷的地区应用价值更大。故高寒地区百兆瓦时储能项目应该会是站房式储能重要的应用场景之一。尤其是能与当地火电厂结合利用的场景,废旧厂房可以为站房式储能提供场地和线路基础,余热还可为储能电站供暖。

站房式储能是否会大力发展有待市场检验,但我们肯定的是短期内在局部区域还会出现一定的站房式储能项目。

附表:站房式储能相关政策及标准


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