1、 2019 年中国电机工程学会年会论文集 大 规 模 电 化 学 储 能 电 站 中 采 用 装 配 式 建 设 的关 键 技 术 研 究 李杰1，储方舟2 1.李杰 中 国 能 源 建设 集团 江 苏 省 电 力 设计 院 有 限公 司，江 苏 省 南京 市 210000；2.储方舟 国 网 江苏 省 电 力有 限 公 司 经 济 技术 研 究 院，江苏省南京市 210000 Research on Assembly Solution Technologies for Large-scale Construction of Electrochemical Energy Storage Sta
2、tion Li Jie1,Chu Fangzhou2 1.China Energy Engineering Group Jiangsu Power Design Institute Co.,Ltd.,210000,Chinese;2.State Grid Jiangsu Economic Research Institute,210000,Chinese 摘要：近 年 来，我 国 电 化 学 储 能 技 术 应 用 快 速 发 展，基 本 具 备 了 大 规 模 建 设 的 条 件。理 论 和 实 践 证 明，储 能 电 站 建 设 过程中采用标准化装配式有利于工程快速高效建成，有利于土建构件
3、的工厂化生产；在一定程度上减少了现 场的湿作业，保 护 了 环 境，也 符 合 绿 色 能 源 的 基 本 内 涵。本 文 针 对 全 国 最 大 单 体 容 量 电 化 学 储 能 工 程苏 州 昆 山 储 能 电 站 项 目 展 开研 究，通 过 现 浇 方 案 与 预 制 方 案 的 综 合 比 较，并 阐 述 了 装 配 式 结 构 应 用 的 具 体 技 术 细 节，为 储 能 电 站项目探索绿色建设的新途径。关键词：电化学储能；装配式；电池舱 ABSTRACT:In recent years,the application of electrochemical energy sto
4、rage station in China has developed rapidly and it is ready for large-scale construction basically.The theory and practice have proved that the standardized assembly type in the construction process of energy storage power station is conducive to the rapid and efficient construction of the project,a
5、nd the factory production of structural components;it reduces the wet construction on site to a certain extent,and protects the environment,which conforms to green energy item.In this paper,the research is based on the largest single-capacity electrochemical energy storage power station in China,Suz
6、hou Kunshan Energy Storage Power Station Project.This paper has the discussion of specific technical details of the application of assembly structures through the comprehensive comparison of the cast-in-place solution and assembly solution,in order to explore new solutions of green construction for
7、the energy storage power station.KEY WORD:Electrochemical Energy Storage；Assembly；Battery Compartment 0 引言 储 能 是 通 过 特 定 的 装 置 或 物 理 介 质 将 不 同 形式 的 能 量 通 过 不 同 方 式 储 存 起 来，以 便 在 需 要 时利 用 的 技 术。目 前，储 能 方 式 主 要 分 为 机 械 储 能、电 化 学 储 能、电 磁 储 能 和 相 变 储 能 等 4 类1。当前 能 源 发 展，要 求 储 能 方 式 具 有 投 资 少、效 率 高、维 护 简
8、 单、使 用 安 全 等 优 点，针 对 上 述 要 求，电化 学 储 能 从 4 大 储 能 方 式 中 脱 颖 而 出，逐 渐 成 为主 流 研 究 方 向。目 前，以 电 化 学 储 能 为 代 表 的 新型 储 能 技 术 已 经 进 入 大 规 模 商 业 化 应 用 阶 段：截至 2018 年 9 月 底，中 国 已 投 运 电 化 学 储 能 项 目 的累 计 装 机 规 模 为 649.7MW，占 比 为 2.1%，同 比增长 104%。从 地 区 分 布 上 看，江 苏 省 的 新 增 投运 项 目 装 机 规 模 最 大，为 111.5MW，占 比 为 70%;从 应 用
9、分 布 上 看，电 网 侧 的 新 增 投 运 项 目 装 机 规模 最 大，为 97.6MW，占比 为 61%，同 比增 长100%，环 比 增 长 332%。在 这 种 形 势 下，如 何 实现 快 速 高 效 的 建 成 电 化 学 储 能 电 站 工 程，尽 早 实现 并 网 投 产，同 时 也 能 体 现 绿 色 能 源 建 设 中 的“资源 节 约 型、环 境 友 好 型”的 基 本 要 求，成 为 储 能电 站 建 设 工 程 亟 待 解 决 的 问 题。1 工 程 概 况 及 详 细 内 容 2019 年中国电机工程学会年会论文集 1.1 工程概况 为 提 升 苏 州 昆 山
10、电 网 接 纳 可 再 生 能 源 能 力，服务 绿 色 能 源 转 型，考 虑 在 苏 州 已 退 役 的 220kV昆 山 变 建 设 昆 山 储 能 电 站，规 划 于 2019 年 底 投运。苏 州 昆 山 储 能 电 站 建 设 规 模 为110.88MW/193.6MWh，储 能 电 池 采 用 半 户 内 全 预制 舱 布 置，单 体 容 量 目 前 为 全 国 第 一，在 电 化 学储 能 领 域 具 有 标 志 性 的 意 义。本 期 新 建 88 个 预 制舱式 储能 电池，每 组预 制 舱功 率：1.26MW，容量 2.2MWh。1.2 本工程采用装配式 的 可行性 装
11、配 式 建、构 筑 物 在 主 网 工 程 特 别 是 变 电 站建 设 中 的 应 用 已 日 趋 成 熟：近 年 来，工 业 化 建 设在 国 内 逐 步 发 展 起 来，随 着 政 策 驱 动，越 来 越 多的 企 业 开 始 不 断 加 入。得 益 于 国 网“两 型 三 新 一化”的 指 引2，装 配 式 在 电 网 建 设 中 的 崭 露 头 角。发 展 装 配 式，提 升 了 工 程 整 体 品 质 和 效 能，大 大提 高 了 施 工 效 率，缩 短 了 施 工 周 期，并 充 分 体 现了 绿 色 建 筑“四 节 能 一 环 保”的 特 点。昆 山 储 能 电 站 采 用 装
12、 配 式 具 备 以 下 条 件：1)站 址 所 在 地 基 础 条 件 较 好，根 据 地 勘 报 告显 示，本 站 基 础 持 力 层 为 粉 质 粘 土 层，因 而 基 础形 式 可 采 用 诸 如 柱 下 独 立 基 础、条 形 基 础 等 形 式。且 拟 采 用 位 置 诸 如 电 池 舱 基 础、防 火 墙 基 础 等 重量 较 轻，对 装 配 式 的 要 求 相 对 较 低。2)昆 山 市 公 路、铁 路 交 通 便 利，距 工 业 化 城市 上 海、苏 州、南 京 等 均 在 大 件 运 输 合 理 范 围 内。根 据 前 期 调 研 发 现，距 站 址 20km 范 围 内
13、有 不 小于 5 家 水 泥 制 品 厂，其 中 2 家 为 大 型 预 制 构 件 厂家，在 国 内 享 有 一 定 声 誉。因 此，本 站 具 备 预 制混 凝 土 构 件 的 生 产 及 交 通 运 输 条 件。3)工 程 取 得 全 套 开 工 手 续 为 2019 年 4 月，规 划 投 运 时 间 为 2019 年 底，因 此 土 建 工 期 仅 为 3个 月 左 右 时 间，工 期 紧、任 务 重、要 求 高，传 统现浇+养 护 的 手 段 已 经 难 以 满 足 这 些 要 求。4)通 过 调 研 可 知，江 苏 地 区 引 进 的 技 术 论 证严 谨，结 构 类 型 品 种
14、 较 多，构 件 厂 设 备 自 动 化 程度 高。曾 完 成 了 预 制 混 凝 土 构 件 制 作 与 验 收 规程等 9 部 省 级 技 术 标 准。5)参 建 单 位 为 苏 州 市 知 名 施 工 企 业，具 有 多项 220kV、500kV 施 工 经 验，且 在 之 前 的 工 程 中已 对 预 制 装 配 式 有 一 定 的 应 用，具 备 一 定 的 现 场施 作 及 项 目 管 理 的 经 验。2 工 程 的 区 域 特 性 拟 建 站 址 位 于 苏 州 昆 山 市 火 车 南 站 西 南 侧 约900 米 的 退 役 昆 山 220kV 变 电 站 内，庙 灯 路 南
15、侧，中 环 西 路 东 侧，距 南 侧 沪 宁 高 速 G2 公 路 约 160m，距 东 侧 小 虞 河 约 190m。站 址 附 近 无 机 场、军 事设 施、风 景 名 胜 及 文 物 古 迹，不 压 矿。拟 建 站 址面积 20813m2。3 昆 山 储 能 电 站 装 配 式 建 设 方 案 3.1 储 能 电 站 预制 设 计 方案(1)储 能 电 池 舱 基 础 预 制 设 计 把 整 个 储 能 电 池 集 装 箱 基 础 拆 成 U 型模块，整 个 基 础 分 为 两 种 模 块，模 块 1 是 边 部 带 侧 板 的U 型 模 板，模 块 2 是 中 部 无 侧 板 的 U
16、 型 模 块。模块 1 重 量 约 为 10 吨，模 块 2 重 量 约 为 7.5 吨。模块 与 模 块 之 间 的 连 接 方 式 采 用 承 插 口 形 式，在 截面 中 部 采 用 腻 子 复 合 橡 胶 密 封 条，通 过 预 应 力 钢筋 锁 紧 装 置 压 紧。节 与 节 外 侧 采 用 双 组 份 聚 硫 密封 胶 密 封，内 侧 采 用 改 性 硅 酮 密 封 胶 沿 内 侧 一 圈封 堵，与 腻 子 复 合 橡 胶 密 封 条 一 起 形 成 两 道 防 水。具 体 如 下 图 所 示。图 1 储 能 电 池 舱 基 础 拆 分 三 维 示 意 图 Fig1 Battery
17、 Compartment base split diagram for 3D(2)预 制 防 火 墙 设 计 按 照 防 火 要 求，两 个 电 池 组 基 础 之 间 需 要 采用 防 火 墙 隔 离，防 火 墙 长 度 为 14.2 米，高 度 为4.0 米，厚 度 0.3 米，墙 厚 度 需 要 满 足 耐 火 极 限三 个 小 时 要 求。采 用 预 制 整 体 式 钢 筋 混 凝 土T 型 构 件，单 个构 件 的 重 量 约 为9t，宽 度 在 两 米 左 右。板 与 板 的连 接 采 用 阴 阳 榫 连 接，表 面 板 缝 采 用 耐 候 胶 勾 缝。2019 年中国电机工程学会
18、年会论文集 图 2 储 能 电 池 舱 防 火 墙 拆分三 维 示 意 图 Fig2 Battery Compartment firewall split diagram(3)预 制 电 缆 沟 设 计 混 凝 土 预 制 电 缆 沟，分 为 地 面 和 地 下 两 种。具 有 施 工 工 艺 简 单、可 工 厂 标 准 化 制 作，工 期 短，减 少 现 场 湿 作 业 和 冬 季 施 工 不 利 影 响 等 优 点。同时，由 于 电 缆 沟 在 工 厂 内 分 段 预 制，相 比 较 现 浇混 凝 土 电 缆 沟 而 言，外 观 质 量、平 整 度、混 凝 土色 差 等 质 量 问 题 更
19、 容 易 得 到 控 制。与 储 能 电 池 舱基 础 相 同 的 是，模 块 与 模 块 之 间 的 连 接 方 式 同 样采 用 承 插 口 形 式，在 截 面 中 部 采 用 腻 子 复 合 橡 胶密 封 条，通 过 预 应 力 钢 筋 锁 紧 装 置 压 紧。3.2 储 能 电 站 预 制 设 计 方 案(1)施 工 步 骤 准 备 工 作：施 工 放 线 定 位 定 标 高，基 槽 开挖 并 清 理，砂 石 垫 层 处 理 浅 层 地 基，浇 筑 垫 层。产 品 运 输 及 吊 卸。产 品 高 宽 及 重 量 均 未 超出 常 规 运 输 要 求，所 以 可 以 采 用 正 常 运
20、输 工 具 及方 法 运 输。按 照 现 场 吊 装 半 径，选 择 适 合 吨 位 的汽 车 吊 或 履 带 吊 施 工。产 品 拼 装：按 预 先 编 号 逐 个 吊 入 基 槽，将构 件 逐 个 平 整 对 位。检 查 调 整 各 构 件 连 通 性，平 整 性，在 构 件端 面 的 胶 圈 槽 内 按 要 求 黏 贴 胶 圈。连 接 各 构 件：内 侧 采 用 预 应 力 钢 筋 锁 紧 节段，压 紧 胶 圈；外 侧 采 用 螺 栓 连 接 各 构 件。打 密 封 胶：内 侧 拼 缝 采 用 改 性 硅 酮 密 封 胶沿 内 侧 一 圈 封 堵，外 侧 拼 缝 采 用 双 组 缝 聚
21、硫 密 封膏 嵌 实。回 填 土：用 素 土 分 层 夯 实 基 槽 空 隙。(2)拼 缝 防 水 做 法 本 工 程 拼 缝 处 防 水 采 用 腻 子 复 合 橡 胶 密 封 条加 改 性 硅 酮 密 封 胶 组 成 两 道 防 水 体 系。由 于 腻 子复合 橡 胶 密 封 条 位 置 在 构 件 的 端 面 上，所 以 需 要通 过 预 应 力 锁 紧 装 置 压 密 实。具 体 要 求 如 下：为 防 止 不 均 匀 沉 降，若 地 基 承 载 力 较 差，需 要 对 地 基 进 行 处 理，并 且 加 厚 垫 层。在 构 件 端 面 胶 圈 槽 位 置 黏 贴 胶 圈，拼 接 时采
22、 用 预 压 应 力 压 实 胶 圈，达 到 防 水 效 果。外 侧 拼 缝 采 用 双 组 份 聚 硫 密 封 胶 嵌 缝。内 侧 拼 缝 采 用 改 性 硅 酮 密 封 胶 嵌 缝。拼 缝 形 式 为 柔 性 连 接，对 不 均 匀 沉 降 有 一 部分 抵 抗 作 用。4 储能 装 配 式 与 传 统 现 浇 的 技 术 经 济 比 较 为 使 本 工 程 施 工 方 案 方 案 的 技 术 经 济 性 更 趋合 理、设 计 方 案 更 加 优 化，本 节 开 展 了 储 能 建 设装 配 式 与 传 统 现 浇 的 技 术 经 济 比 较 工 作。表 1 人 工 对 比（1 个 集 装
23、 箱 基 础）Tab1 work compare(for 1 Battery Compartment base)类型 泵送工 振捣泵工 放灰工 制模安装工 钢筋制作绑扎工 安装工 合 计 人数（个）现浇 3 2 1 4 5 无 15 预制 无 无 无 无 无 2 2 表 2 养 护 周 期 对 比 Tab2 maintenance cycle compare 现 场 作 业 时 间 对 比 预 制 方 案 所需 2 天4 天 完 成 直 接 安 装 上 部 设 备 现 浇 方 案 所需 28 天 左 右 养 护 周 期 后 才 能 安 装 上 部 设备 表 3 造价 对比 Tab3 cost
24、compare 类型 钢筋 混混凝土 钢筋绑扎 模板 模板绑扎 人工费 运费 合计 现浇 300 600 50 50 100 100 无 1200 预制 400 1300 200 1900 通 过 以 上 两 种 方 案 对 比，可 得 出 以 下 亮 点 结论：1、现 浇 方 案 运 用 较 为 传 统，对 施 工 环 境 适 应效 果 较 好，但 对 于 储 能 电 站 施 工 周 期 要 求 如 此 之高 的 情 况 下 难 度 较 大。在 工 程 所 在 位 置，带 来 的 2019 年中国电机工程学会年会论文集 污 染 影 响 也 是 较 大，后 期 施 工 存 在 较 大 不 确
25、定 性，容 易 造 成 较 大 的 浪 费，且 工 程 质 量 难 以 控 制。2、对 比 初 始 投 资 而 言，装 配 式 地 下 基 础 成本相 较 于 传 统 现 浇 基 础 增 加 了 700 元/立 方，优 势 并不 明 显；但 从 人 工 成 本 的 角 度 来 看，降 低 了 90%的 人 工 费 用，因 而 预 制 装 配 式 地 下 基 础 能 大 幅 度减 少 作 业 时 间，提 高 了 劳 动 效 率。3、预 制 构 件 一 次 性 投 资 的 模 板 及 模 具 均 可 反复 使 用，如 后 期 江 苏 省 电 网 侧 储 能 电 站 工 程 大 规模 开 展 且 设
26、 计 实 现 模 块 化，全 寿 命 周 期 内 成 本 可大 幅 度 降 低。5 结论 本 文 针 对 全 国 最 大 单 体 容 量 电 化 学 储 能 工 程 苏 州 昆 山 储 能 电 站 项 目 展 开 研 究，通 过 现 浇方 案 与 预 制 方 案 的 综 合 比 较，并 阐 述 了 装 配 式 结构 应 用 的 具 体 技 术 细 节，为 储 能 电 站 工 程 项 目 探索 绿 色 建 设 的 新 途 径。全 站 土 建 工 程 均 采 用 预 制装 配 式 来“搭 建”，建 设 周 期 短，大 量 减 少 现 场 湿作 业，对 于 实 现 设 备 基 础 模 块 化 设 计
27、、标 准 化 施工、装 配 式 建 设 具 有 很 好 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益，也 符 合 绿 色 能 源 的 基 本 内 涵。参 考 文 献 1 胡娟,杨 水 丽 等.规 模 化 储 能 技 术 典 型 示 范 应 用 的 现状 分 析 与 启 示J 电 网 技 术，2015,39(04):879-885 2 黄荣.全 寿 命 周 期 理 论 在 输 电 线 路 中 的 应 用J 通讯世界，2014,(15):64-66 作 者 简 介：李杰(1988-)，女，江 苏 泰 州 人，硕 士 研 究 生，工 程 师，主 要 从 事 电 力工 程 设 计 及 管 理 等 相 关工作，E-mail：储 方 舟(1987-)，男，江 苏 溧 阳 人，硕 士 研 究 生，工 程 师，主 要 从 事 变电 土 建 专 业 设 计 工 作，E-mail：
