大連液流電池儲能調(diào)峰電站總平面布置

由浩宇

(中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計院有限公司，長春 130021)

目前，世界上儲能形式有多種：抽水蓄能、壓縮空氣儲能(CAES)、電化學(xué)儲能、飛輪儲能系統(tǒng)(FESS)、太陽能熱存儲、天然氣儲存等[1]。其中，在電力行業(yè)內(nèi)大規(guī)模使用的是抽水蓄能和電化學(xué)儲能。儲能設(shè)施在系統(tǒng)中能夠有效地實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理，消除晝夜間峰谷差，平滑負(fù)荷，可以更有效地利用電力設(shè)備，降低供電成本，從而促進(jìn)可再生能源的應(yīng)用，也可作為提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、調(diào)整頻率、補(bǔ)償負(fù)荷波動的一種手段。隨著儲能形式的不斷發(fā)展，電化學(xué)儲能中的液流儲能逐漸成為重要的儲能形式。

大連是我國東北地區(qū)重要的中心城市，對供電可靠性和電能質(zhì)量要求高，而其電網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在安全隱患，特別是市區(qū)南部電網(wǎng)，當(dāng)遇到嚴(yán)重災(zāi)害天氣或特殊情況同塔四回路線路倒塔故障時，將出現(xiàn)大面積停電；同時，大連地區(qū)核電站址及海上風(fēng)電資源豐富，火電亦以熱電為主，冬季供暖期電網(wǎng)調(diào)峰壓力較大，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為滿足大連電網(wǎng)調(diào)峰需求，提高電網(wǎng)的供電可靠性，使電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，改善電網(wǎng)的電源結(jié)構(gòu)，為風(fēng)電的開發(fā)提供有利條件，建設(shè)電池儲能電站十分必要。采用電池儲能技術(shù)電站，在確保環(huán)境質(zhì)量同時，對提高大連電網(wǎng)調(diào)峰能力、提高大連南部地區(qū)供電可靠性、促進(jìn)儲能技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展等諸多方面具有積極作用。

本文中討論對象為大連200 MW/800 MWh液流電池儲能調(diào)峰電站，工程目前處于初設(shè)階段，建設(shè)規(guī)模為200 MW/800 MWh，先期建設(shè)100 MW/400 MWh，待建成穩(wěn)定運(yùn)行后，再連續(xù)建設(shè)二期100 MW/400 MWh。理論最大出力區(qū)間-200～200 MW，調(diào)峰能力為200%，按照容量規(guī)模應(yīng)劃分為大型電化學(xué)儲能電站。

1 總平面布置分析討論

1.1 站內(nèi)建構(gòu)筑物需求

儲能電站的主要工藝廠房為儲能車間，作為電站的儲能設(shè)施。儲能車間里布置釩液罐組、電池組及相關(guān)電氣設(shè)備。電站配電裝置采用220 kV集裝箱式氣體絕緣開關(guān)柜(GIS)及主變壓器，設(shè)置變壓器事故油坑。站內(nèi)考慮排水及消防措施，需設(shè)置排水泵房、消防水泵房、消防水池。電站內(nèi)考慮設(shè)置酸液事故儲存設(shè)施以接收釩液罐破裂后排出的電池液。站內(nèi)需設(shè)置綜合辦公建筑及停車位,以滿足人員日常辦公需求。

1.2 布置方案分析

由于工程建設(shè)的順序性，本工程目前僅一期工程投入建設(shè)，待一期工程運(yùn)行穩(wěn)定后再建設(shè)二期工程。

1.2.1 一期工程

1.2.1.1 場地情況

站址用地位于城市市區(qū)內(nèi)，站址東北側(cè)為污水處理廠，長約167 m，寬約146 m，站區(qū)可用地面積僅有約2.54 km2，總平面布置受到了一定的限制。

儲能車間與綜合辦公樓沿西北-東南方向布置。在設(shè)計的過程中要考慮城市規(guī)劃的建筑紅線，由于城市內(nèi)用地緊張，在用地紅線內(nèi)退讓5 m為建筑紅線，所有建筑不得超出建筑紅線范圍。站區(qū)西北側(cè)、東北側(cè)已規(guī)劃有市政道路。

1.2.1.2 總平面布置

一期工程包括儲能車間及生產(chǎn)樓、綜合樓、變壓器事故油坑。儲能車間采用單車間100 MW平層式布置形式，分為兩層；生產(chǎn)樓分為2層，位于儲能車間頂部西側(cè)。綜合辦公樓位于儲能車間東南側(cè)，除變壓器事故油坑外，排水消防設(shè)施、酸液事故儲存設(shè)施、辦公區(qū)、食堂、展廳、停車位等站區(qū)相關(guān)設(shè)施都整合到綜合樓內(nèi)。變壓器及GIS位于儲能車間內(nèi)西側(cè)。變壓器事故油坑布置在儲能車間西側(cè)綠化帶內(nèi)。電力送出采用電纜出線形式。

站區(qū)設(shè)置一條引道，位于站區(qū)南側(cè)，通往辦公樓前。儲能車間其他若干出入口位于車間四周，接到周圍道路上。

站區(qū)室外地坪標(biāo)高為5.40 m，室內(nèi)零米標(biāo)高為5.70 m。站區(qū)用地紅線范圍內(nèi)除建筑以外的空地都設(shè)置瀝青路面以提高電阻率。站區(qū)場地內(nèi)原有的66 kV架空線路的鐵塔改為電桿，調(diào)整至站區(qū)西北側(cè)后線路入地以電纜形式敷設(shè)繞過儲能電站。根據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》，廠房四周必須設(shè)置環(huán)形道路作為消防通道。由于用地限制，站區(qū)不設(shè)圍墻。

1.2.2 二期工程

1.2.2.1 場地情況

《鄉(xiāng)愁》共88個字，全詩以“鄉(xiāng)愁”為題，應(yīng)用了“鄉(xiāng)愁是X”這一固定句式并分成字?jǐn)?shù)相等的4個小節(jié)對鄉(xiāng)愁進(jìn)行了闡釋，如原文所示：

二期站區(qū)布置在某熱電廠西側(cè)，為該熱電廠的辦公及附屬設(shè)施。待二期工程建設(shè)時，需對區(qū)域內(nèi)建構(gòu)筑物進(jìn)行拆遷。

1.2.2.2 總平面布置

二期站區(qū)包括儲能車間，儲能車間分為2層；道路利用該熱電廠已有道路，不新建出入口。站區(qū)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1，其中一期無圍墻，二期利用已有圍墻，利用市政綠化及已有綠化。

1.3 站內(nèi)管線布置類別研究

儲能電站不同于別的類型的電站，全站僅有生活廢水及雨水需要外排。站內(nèi)不設(shè)綜合管架，主要管線及溝道為電纜溝、雨水排水管、消防水管、生活給水管、生活排水管、變壓器事故排油管等。220 kV出線電纜溝自一期工程GIS處接出；至該熱電廠黑啟動變壓器35 kV電纜溝自變壓器西側(cè)接出；2號主變進(jìn)線220 kV電纜溝自變壓器北側(cè)接出，3條電纜溝匯集至北側(cè)規(guī)劃道路路面下的電纜隧道內(nèi)。雨水排水管將收集的屋頂雨水匯集后排入市政雨水管網(wǎng)，站區(qū)周圍雨水散排至站區(qū)四周的城市道路上。消防水管沿廠內(nèi)環(huán)路埋設(shè)。生活給水管、自站區(qū)接至周圍市政管網(wǎng)。生活排水管由建筑引出后匯至站區(qū)地下化糞池，再排入市政生活排水管網(wǎng)。

表1 站區(qū)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

1.4 站區(qū)綠化布置分析

一期站區(qū)不設(shè)置綠化，借助四周市政綠化帶；二期站區(qū)也不設(shè)置綠化，借助北海電廠原有綠化。

1.5 站內(nèi)防火間距研究

根據(jù)GB 51048—2014[2]，站內(nèi)建構(gòu)筑物的防火間距要求與現(xiàn)行GB 50229—2015《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范》一致。各建構(gòu)筑物的防火等級見表2。

根據(jù)GB 50229—2015規(guī)范，站區(qū)道路宜布置成環(huán)形，如有困難應(yīng)具備回車條件。儲能電站內(nèi)道路寬度通常為4 m，轉(zhuǎn)彎半徑不小于7 m。

儲能車間與其他二級耐火建構(gòu)筑物最小間距不應(yīng)小于12 m，與其他三級耐火建構(gòu)筑物最小間距不應(yīng)小于14 m。

表2 生產(chǎn)建構(gòu)筑物火災(zāi)危險性及耐火等級

電站內(nèi)主變壓器的油量大于60 kg，所以火災(zāi)危險性為丙級。

鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池的火災(zāi)危險性為戊級，耐火等級為二級；鈉硫電池的火災(zāi)危險性分類為甲級，耐火等級為一級。

1.6 物流運(yùn)輸

電站內(nèi)較大的整件設(shè)備為釩液罐及電池組集裝箱，釩液罐高為5 m，直徑為3 m；電堆集裝箱尺寸為6 m×2.5 m×2.5 m。以上設(shè)備都可以利用常規(guī)貨車經(jīng)廠外城市道路運(yùn)輸至施工現(xiàn)場內(nèi)。

2 結(jié)論

液流電池作為新興的儲能模式，具有更廣的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景，在節(jié)能、儲能的大背景下，未來會有更多液流儲能電站投入實(shí)際應(yīng)用。本工程由于用地限制，布置為兩層，卻為儲能電站節(jié)約用地提供了一種新的布置思路，在國家節(jié)約用地的要求前提下，儲能電站可以在更多的區(qū)域、地點(diǎn)進(jìn)行建設(shè)。本文對在建儲能電站的總平面布置進(jìn)行了相關(guān)分析，其內(nèi)容對未來的工程項(xiàng)目具備一定參考價值。隨著液流電池技術(shù)發(fā)展，儲能罐單罐占地面積將逐漸減小，屆時儲能電站的布置將更加靈活，可以適用于更多用地形式。

參考文獻(xiàn):

[1] Frank S.Barnes，Jonah G.Levine. 大規(guī)模儲能技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[2] 電化學(xué)儲能電站設(shè)計規(guī)范：GB 51048-2014[S]．