积极探索电池储能新形态——华能清能院单层站房式储能电站建设实践

　　2023年11月27日，华能上都百万千瓦级风电基地配套储能项目(简称“上都储能”)二、三期工程(200 MW/400 MWh)在内蒙古自治区锡林郭勒盟正蓝旗上都电厂内实现全容量并网。该电站是目前全球装机容量最大的单层站房式储能电站，由华能清能院自主研发设计，建设周期历时四个月。至此，上都百万千瓦级风电基地配套300 MW/600 MWh储能项目全部建成，并成为接入华北电网的第一座大规模储能电站。该项目是继山东黄台和莱芜两个百兆瓦级储能电站后，华能清能院着力打造的又一标杆级电池储能电站工程。

　　图1 上都储能电站全景图

　　电池储能作为新型储能产业的代表性技术路线，近年来装机规模呈现爆发式增长趋势。当前，大容量电池储能电站如雨后春笋般不断涌现，电池储能系统集成技术的发展也呈现出百花齐放的状态。传统电化学储能电站多采用预制舱布置路线，预制舱形式设备运输方便、工程建设流程简单，但是面临占地面积大、舱体数量多、设备配置冗余严重、热管理损耗高、消防手段单一、运维友好性较差等问题。

　　在此背景下，站房式储能技术路线逐渐受到关注。站房式储能，即将电池系统等储能核心设备放置在建筑物内的储能集成方式。站房式储能路线在空间利用率、运维操作友好性等方面优于预制舱布置方式，并具有更好的隔热效果，有利于降低系统热管理损耗，提高电站综合效率。此外，站房式储能路线可实现对站内设备的集约化高效利用和统筹管理，能够进一步降低设备成本，在大容量电池储能领域应用前景广阔。

　　(一)大容量单层站房储能，革新电池储能形态

　　目前国内已建成的站房式储能项目较少，且多采用多层站房式结构设计。上都储能二、三期工程(200 MW/400 MWh)创造性地使用单层站房式储能系统布置方式，在安全性、建筑物建造成本方面优于多层站房方案。该储能站房为地上一层建筑，总体建筑面积约5400 m2、总建筑高度6.05 m，站房设有20个电池室及换热站室等附属房间，变流升压系统分布于站房外侧。与同容量的预制舱式储能技术路线对比，单层站房式储能技术路线可减少约25%的占地需求。

　　图2 上都储能站房外景

　　上都储能站房建筑防护等级标准高。外墙采用蒸压加气混凝土砌块加保温装饰一体化墙板设计，屋面结构采用SP预制空心板加泡沫玻璃保温板设计，站房内部设有防火分区、安全出口及甲级防火门、防火墙分隔设计，整体具备A级防火性能及Ⅰ级防水等级。室内热管理、消防等管廊系统通过屋面预埋件及刚架构架设于站房顶部，大幅提高管廊统筹管理能力及站内美观情况。

　　上都储能站房设备配置集约化程度高。整站热管理系统设有水冷主机室和室外集中式散热设备，气体消防系统所需灭火剂均集中存储于气体钢瓶间，无需每个电池室单独配置液冷空调和消防气体柜，大幅提高设备利用率。另外，站房内还配置了站用电室、排烟机房、备用间等专门功能隔间，功能齐全、配置丰富。

　　(二)集约耦合火电余热，提高储能综合效率

　　内蒙古锡林郭勒盟冬季漫长，平均气温接近- 20℃，传统预制舱式储能电站保温效果差、温度调控能耗高、系统综合效率低下等劣势凸显，电池的热管理系统设计面临极大挑战。

　　上都储能站房热管理能耗控制水平高。结合单层站房建筑形式和当地气候寒冷、靠近火电资源等特点，华能清能院开创了站房式储能的散热/保温集约化高效热管理方案。在夏季散热场景下，因地制宜采用室外集中式水冷机组与自然空冷模块相结合方案，大幅降低储能散热功耗;在冬季保温场景下，首次将火电厂余热与储能系统进行耦合，通过集中供热管网使用火电厂余热为电池系统以及室内环境加热，保证电池室全天候处于26±2℃的最佳温度范围。此外，供热管网直接接入电池液冷系统，实现了电池散热/保温模式的自动切换。相较于传统预制舱热管理方案，站房储能的集约化热管理方案几乎完全节省了冬季保温功耗，夏季散热功耗也降低约40%。

　　图3 站房室外集中式液冷机组和空冷设备

　　(三)独创多维消防安全体系，严控电站失控风险

　　传统储能电站消防系统灭火手段单一、响应时间冗长、灭火针对性差，难以有效、精准实现电站热失控防护。

　　上都储能站房消防系统监测防护维度全面。针对站房式空间特点，华能清能院突破传统预制舱储能消防设计，在站房式储能中配置了具备自主知识产权的模组级-房间级-环境级多层级安全防控体系。模组级消防采用自主研发的插拔式复合型探测器和压缩氮气泡沫灭火系统，实现精准探测预警和全淹没式高效秒级消防灭火，12小时抑制复燃;房间级消防布置可燃气体、烟感、温感多重探测器预警防线，配备全氟己酮气体灭火，形成功能联动的智慧消防方案;环境级消防创新性地采用先进分布式光纤温度和氢气传感器，实现电站全时空温度、氢气监测。模组级精准探测、房间级多重预警和环境级全生命周期监测共同建立了高效、可靠的电池热失控预警、报警机制，同时结合全淹没式的压缩氮气泡沫消防与贮压式的气体灭火，极大抑制了电池热失控蔓延与火灾事故发生，筑牢储能电站安全防控底线。

　　图4 华能清能院自主研发的压缩氮气泡沫灭火系统装置

　　(四)开拓站房工程经验，树立储能建设标杆

　　上都储能项目组织建设水平高。上都储能二、三期工程是华能清能院指导设计并承建的目前全球装机容量最大的单层站房式储能电站。站房式储能与预制舱式储能在供应链管理、现场施工、设备布置安装形式等方面均存在巨大差异。在项目执行过程中，清能院院领导统筹规划，清能院管理和技术人员积极谋划、大胆创新，设计院、施工单位及各设备供应商鼎力支持。在供应链管理方面，清能院突破了传统电池预制舱系统整舱板车交货模式，对站房式储能设备供应链进行重新划分，采用各子专业供应商并行供货、统筹安装的方式，突破了工期紧、任务重、作业面交界复杂等问题的限制;在站房施工方案方面，通过采用现浇楼板铺设替代传统土方回填、一体板替代传统砖砌隔墙、多层级管廊系统架构优化等方案，在维持高功能性与高质量的同时，大幅提高站房整体建设速度、降低运维难度;在设备安装方面，通过组织分包单位靠前指挥、优化安装工艺顺序、统筹组织线缆铺设等举措，高质量、高效率、高安全地完成站房内设备安装及调试工作。

　　图5 电池室内部

　　二、三期整体工程从基础开挖、站房封顶、设备验收至顺利并网全流程耗时仅四个月，打造了站房式储能电站工程实践的样板，树立了大规模高难度总包建设的标杆，同时也探索出了一条大容量站房式储能建设之路。

　　附：上都储能项目整体介绍

　　华能北方上都百万千瓦级风电基地配套储能项目地处内蒙古自治区锡林郭勒盟正蓝旗上都镇，项目总容量300 MW/600 MWh，分三期建设，每期100 MW/200 MWh。储能系统采用35 kV集电线路汇集，通过变压器升压至220 kV后接入上都电厂500 kV汇集站220 kV侧。

　　上都电厂是国家“西电东送”北通道建设的重要电源支撑点。上都百万千瓦级风电基地是国内首批大型新能源基地项目之一。上都储能电站由华能北方公司投资开发，华能清能院研发承建。上都储能电站将与上都火电厂及风电场以风火储打捆模式共同送出，由火电、储能来为风电调峰，实现风电友好并网。上都储能电站可为我国北方新能源规模化开发提供更加稳定和强有力的支撑，对于缓解京津唐电网调峰调频压力具有重要意义。

　　上都储能项目一期工程于2023年9月26日全容量并网，二、三期工程于11月27日全容量并网。上都储能项目一期工程(100MW/200MWh)采用户外预制舱式布置方式，技术路线涵盖了华能清能院智能分散式储能系统、集中式储能系统、由华能清能院牵头研制的25MW/35kV高压直挂储能系统。11月7日，一期工程顺利通过并网性能测试。经测试，华能35kV高压直挂式储能系统效率最高达92.43%(充/放电能量分别为40.55MWh/37.48MWh),刷新了电化学储能电站效率新高度，证明了华能电化学储能系统高压直挂技术的突出优势。二、三期工程(200MW/400MWh)采用单层站房式布置方式和液冷储能电池系统，是目前全球装机容量最大的单层站房式储能电站示范项目。多种储能技术的实践与应用，将赋予该项目重要的储能技术实证意义，为未来我国储能技术路线的发展提供重要参考。