储能设计丨光伏+储能系统方案说明

储能设计丨光伏+储能系统方案说明

“光伏+储能系统”是解决新能源发电波动性和不稳定性的重要手段。随着全球能源转型和新能源发电占比的提高，“光伏+储能系统”的市场需求将不断扩大。

发展历程

• 早期探索阶段：
  19世纪末至20世纪初，科学家们开始研究光伏效应和太阳能电池技术。随后，太阳能电池技术逐渐发展，但主要应用于太空探索和特殊领域。

• 初步应用阶段：
  随着太阳能电池技术的成熟和成本的降低，光伏系统开始应用于地面发电。同时，储能技术也开始发展，但主要应用于电力系统的调峰和备用。

• 快速发展阶段：
  近年来，随着全球能源转型和新能源发电占比的提高，光伏和储能技术得到了快速发展。“光伏+储能系统”成为解决新能源发电波动性和不稳定性的重要手段。

技术特点

• 光伏发电：
  利用太阳能电池将光能转化为电能。具有清洁、可再生、无排放等优点。但发电效率受光照强度、温度等因素影响，存在波动性和不稳定性。

• 储能技术：
  将电能或其他形式的能量储存起来，在需要时释放。可以平衡电网供需，提高能源利用效率。储能技术包括电池储能、抽水蓄能、压缩空气储能等多种形式。

• “光伏+储能系统”：
  结合光伏发电和储能技术的优势，实现电能的稳定输出和高效利用。通过储能系统对光伏发电进行调峰和备用，提高电力系统的稳定性和可靠性。

应用领域

• 电力系统：
  “光伏+储能系统”可以为电力系统提供调峰、调频、备用等辅助服务。提高电力系统的稳定性和可靠性，降低运行成本。

• 分布式能源：
  在用户侧建设分布式光伏和储能系统，实现电能的自发自用和余电上网。降低用户用电成本，提高能源利用效率。

• 微电网和离网系统：
  在偏远地区或特殊场合建设微电网和离网系统，利用光伏和储能技术提供电力供应。解决电力供应不足或不稳定的问题，提高能源自给率。

发展趋势

• 技术创新：
  太阳能电池技术和储能技术将不断创新和发展。提高光伏和储能系统的效率、降低成本、延长使用寿命。

• 市场扩大：
  随着全球能源转型的加速和新能源发电占比的提高，“光伏+储能系统”的市场需求将不断扩大。各国政府将加大对光伏和储能技术的支持和推广力度。

• 政策引导：
  各国政府将出台相关政策和法规，引导光伏和储能技术的发展和应用。鼓励企业加大研发投入，提高技术水平和市场竞争力。

• 智能化和数字化：
  随着智能化和数字化技术的发展，“光伏+储能系统”将实现智能化管理和运维。提高系统的运行效率和可靠性，降低运维成本。

综上所述，“光伏+储能系统”的发展具有广阔的前景和重要的意义。它将为能源领域带来新的变革和发展机遇，推动全球能源转型和可持续发展。

工商业储能系统消防的重要性

工商业储能系统在应用过程中，其消防安全问题日益凸显，成为必须重视的关键环节。工商业储能系统一旦发生火灾，可能会对财产和人员安全造成严重威胁。储能站火灾的主要危害可以分为两类：一类是电气火灾引发的发电火灾，如电气变压器焊接火灾、电缆焊接火灾等；另一类是化学储能系统中由于电池火灾引发的发电火灾，危害大且一旦电池火灾引起就不完全可控。

消防要求

电能存储设备要求

• 储能电池简述：
  储能电池单体、模块、簇的安全性能应严格符合相关规定，如符合 GB/T36276 的规定，并通过具有法定资质的检测机构检验合格，取得型式检验报告。当电池单体、电池模块使用塑料作为壳体材料、分隔材料时，燃烧性能等级不应低于 GB 8624 规定的 B1 级要求。控制线束和电缆等部件采用阻燃材料，电气接口宜采用防呆设计，裸露带电部位采取绝缘遮挡措施，以提高安全性。同时，电池模块外壳、储能柜体等能够形成可靠的等电位连接，并且储能电池模块内单体之间宜设置云母、气凝胶等隔热材料，有效防止热传递引发安全问题。

• 电池管理系统简述：
  电池管理系统除应符合 GB/T 34131 的规定外，还具备电池过压、欠压、压差、过流、短路等电量保护功能，以及温度（过温、低温、温差或温升速率）、气体等非电量保护功能，能发出分级警告信号或跳闸指令。此外，具有与火灾探测报警系统的联动接口，接收气体预警及火灾报警信号，发出相应联动控制指令。该系统应具备电池一致性管理功能，每个电池模块的温度采集点数不应少于模块内电池单体数量的 25% 且不少于 4 个，在模块正负极附近应设有温度采集点，确保对电池状态的精准监测。

• 储能柜简述：
  储能柜的柜体表面应具有防腐蚀镀层或涂层，防腐等级不低于 C3，特殊环境需定制处理。柜体应满足防水、防潮等要求，防护等级不应低于 GB/T 4208 中 IP54 的规定。其外壳结构、隔热保温材料、内外部装饰材料应为阻燃材料，柜体四周与顶部应有隔热设计，耐火极限应不小于 0.5 h。柜体设有通风散热设施，电池泄露的 H₂或 CO 等可燃、有害气体应能快速排出。柜体外壳上应有铭牌信息，包括但不限于额定功率、额定容量、投运日期等。消防配电线路应满足火灾时连续供电的需要，其电线电缆的敷设应符合 GB 50016 的规定，电力设备接地设计应符合 GB/T 50065 的规定。

• 位置选择简述：
  储能系统位置选择应符合相关规定，不应贴邻或设置在生产、储存、经营易燃易爆危险品的场所，不应设置在具有可燃性气体或粉尘、腐蚀性气体的场所，也不应设置在重要架空电力线路保护区内。同时，储能系统不应设置在人员密集场所，不应设置在地下或半地下空间，建筑物耐火等级不应低于二级。

消防设施要求

• 火灾探测器简述：
  储能柜内应设置火灾探测器，包括但不限于气体、温度、烟雾、压力等其中的一种或多种参量复合探测，且应符合 GB 16838 的规定。储能柜内每个电池模块可单独配置火灾探测器，包括但不限于内置式或插拔式探测器。国家标准《电化学储能电站安全规程》（GB/T 42288 - 2022）于 2023 年 7 月 1 日正式实施，明确提出电池室 / 舱应配置自动灭火系统，与电池管理系统、火灾探测器或可燃气体探测装置、空调、排风系统联动，具备远程被动指令启动和应急机械启动功能。自动灭火系统的最小保护单元应为电池模块，每个电池模块宜单独配置探测器和灭火介质喷头，即采用 “PACK 级探测 + 灭火”。《安全规程》提出灭火介质应具有良好的绝缘性和降温性能，能扑灭电池火灾和电气设备火灾，且防止复燃。主要条款中多次提到应使用温感探测器、烟感探测器等探测报警装置来保障储能系统安全。

消防方案

PACK 级防护方案

以单个 PACK 为防护单元，通过复合探测器探测电池温度、烟雾等，实现火灾预警，联动火灾抑制装置，将灭火剂喷射至 PACK 包内抑制火灾。在工商业储能系统中，PACK 级防护方案至关重要。通过复合探测器对电池温度、烟雾、CO 和 VOC 气体等进行精准探测，能够迅速判断火灾信号，实现高效的火灾预警。当探测到异常情况时，报警控制装置会立即联动火灾抑制装置。此时，抑制装置将灭火剂通过喷头精准喷射至 PACK 包内，从而实现对电池内部火灾的有效抑制。这种 PACK 级防护方案具有高防护等级和高集成密度的特点，结合电池管理系统能够及时识别电池的早期热失控状态，在单体电池热失控后迅速采取灭火措施，阻止火灾的蔓延。

柜级防护方案

• 方案一简述：
  当储能柜内出现电池热失控等情况，复合探测器探测到可燃气体发出报警信号，联动声光报警器及气溶胶灭火装置，全淹没防护柜体火灾。当储能柜内发生电池热失控、电解液泄漏或电气设备出现明火等情况时，会释放大量可燃气体。此时，复合探测器能够第一时间探测到可燃气体并发出报警信号。报警信号会联动声光报警器，发出强烈的声光警示，提醒现场人员及时撤离。同时，联动气溶胶灭火装置，气溶胶灭火装置启动后，能够对柜体进行全淹没防护，有效抑制柜体火灾。这种方案能够在火灾发生的初期迅速响应，最大限度地降低火灾对储能柜及周边设备的损害。

• 方案二简述：
  当储能柜内发生火灾，探火管在温度最高处爆破，启动容器阀门，灭火剂从探火管爆破处喷出抑制火灾。在储能柜内出现火灾时，内部具有一定压力的探火管会在温度最高处被软化和爆破。利用探火管中的压力下降，启动容器阀门，使灭火剂从探火管爆破处喷出，直接作用于火灾部位，抑制火灾的蔓延。这种方案具有响应迅速、灭火精准的特点，能够在火灾发生的关键时刻发挥重要作用。

综上所述，工商业储能系统的消防方案应根据实际情况进行合理选择和设计，以确保在火灾发生时能够迅速响应、有效灭火，保障人员和设备的安全。

灭火装置选择要点

工商业储能消防系统在选择灭火装置时，需要综合考虑多个重要因素，以确保灭火装置在火灾发生时能够发挥最大效用。

首先是灭火剂种类。目前常见的灭火剂有气体灭火剂（如氮气、七氟丙烷、全氟己酮等）、细水雾、气溶胶等。气体灭火系统具有灭火速度快、效率高的优点，其中氮气灭火系统清洁、无毒，适用于大型集中式储能设施，能避免对电池组件造成二次损害；七氟丙烷是国内主流灭火剂，灭火机理主要是化学抑制，灭火速度快，有良好的清洁性、绝缘性；全氟己酮作为新型环保型灭火剂，具有零臭氧消耗潜能值、低全球变暖潜能值、高电绝缘性、无毒、无腐蚀等优点，特别适用于电气火灾的扑救。细水雾灭火系统环保且高效，能迅速降低火场温度，有效隔绝氧气，防止复燃，尤其适用于储能电池火灾。气溶胶灭火系统安装简便、占地小，能迅速控制火势，适用于储能舱内局部空间的火灾防控。

其次是部署方式。不同的灭火系统有不同的部署方式，如气体灭火系统可分为有管网系统和无管网灭火装置；细水雾灭火系统需要高压设备进行部署；全氟己酮灭火系统有柜式、预制式、非贮压式、泵组式等多种部署方式；气溶胶灭火系统则利用固体微粒等组成的灭火剂进行快速灭火。在选择部署方式时，需要根据储能系统的类型、规模、布局和环境条件等因素进行综合考虑。

环境适应性也是重要的考虑因素。储能设施可能处于不同的环境中，如大型集中式储能电站、分布式模块化储能设施、工商业储能柜等。对于不同的环境，需要选择适应的灭火系统。例如，氮气灭火系统适用于大型集中式储能设施；细水雾灭火系统常被用于分布式、模块化的储能设施；气溶胶灭火系统适用于储能舱内局部空间。

综上所述，工商业储能消防系统在选择灭火装置时，应综合考虑灭火剂种类、部署方式、环境适应性和维护成本等因素，科学选用并合理部署灭火装置，以确保储能电站的安全稳定运行。

消防措施综合建议

• 监测预警
• 自动灭火
• 机械排烟
• 灭火器装置

消防演练与培训

定期进行消防演练和培训是工商业储能系统消防安全的重要保障措施。通过消防演练和培训，可以提高员工的安全意识和应对火灾的能力，确保在火灾发生时能够迅速、有效地采取措施，减少损失。

锂电池在光伏储能领域的应用广泛且重要，以下是一些具体的应用方面：

户用光伏储能系统

• 能源自给与电费节省：家庭安装太阳能光伏板产生电能，通过锂电池储存起来，白天可将多余电量储存，供夜间或阴雨天使用，减少对电网的依赖，降低电费开支.
• 应急电源保障：在电网停电时，锂电池储能系统能作为应急电源，为家庭中的照明、冰箱、通信设备等重要电器持续供电，保障基本生活需求和应急通信。

工商业光伏储能系统

• 削峰填谷与电费管理：工商业用电量大，电费成本高。光伏储能系统可在用电低谷时储存电能，在用电高峰时段释放，降低企业的峰值用电量，从而节省大量电费，优化用电成本.
• 提高能源利用效率：有效解决光伏发电间歇性和不稳定性问题，确保企业在不同光照条件下都能稳定用电，提高能源利用效率，提升企业的能源管理水平和经济效益 。
• 备用电源与生产保障：作为备用电源，当电网故障或停电时，能迅速切换为储能电池供电，维持企业生产设备的正常运行，避免因停电造成的生产中断、设备损坏和经济损失。

集中式光伏电站储能系统

• 电网稳定性支持：大规模的集中式光伏电站接入电网时，由于光照的间歇性和不稳定性，会对电网造成冲击。锂电池储能系统可快速响应，平滑光伏电站的输出功率，减少功率波动，提高电网的稳定性和可靠性，增强电网对可再生能源的接纳能力.
• 容量配置与灵活调度：根据电网的需求和光伏电站的发电情况，灵活配置锂电池储能系统的容量和充放电策略，实现电能的有效存储和按需调度，提高电力系统的整体运行效率和灵活性。
• 参与电力市场交易：具备储能功能的光伏电站可参与电力市场的峰谷电价套利、调频辅助服务等交易，通过合理安排储能电池的充放电时间，获取额外的经济收益，提升光伏电站的综合竞争力。

分布式光伏储能微电网

• 构建独立能源系统：在偏远地区或海岛等电网覆盖不足的区域，分布式光伏储能微电网可作为独立的能源供应系统，由太阳能光伏板、锂电池储能装置、逆变器、控制器等组成，为当地居民和小型企业提供稳定可靠的电力供应，满足生产生活的用电需求。
• 能源管理与优化：微电网中的锂电池储能系统可实现对分布式能源的有效管理和优化调度，根据用户的用电需求、光伏出力情况以及储能电池的状态，自动调整各电源的出力和储能的充放电，实现能源的高效利用和供需平衡。
• 提高供电可靠性和电能质量：通过锂电池储能系统的快速响应和调节能力，可有效应对分布式光伏电源的出力波动和负荷变化，提高微电网的供电可靠性和电能质量，为用户提供优质、稳定的电力服务 。

光伏储能系统的技术优势

• 能量密度高：锂电池具有较高的能量密度，能够在相对较小的体积和重量内存储大量电能，有利于减少储能系统的占地面积和安装成本，提高系统的整体性能和经济性.
• 循环寿命长：特别是磷酸铁锂电池，循环寿命可达数千次甚至上万次，能够满足光伏储能系统长期稳定运行的要求，降低了电池更换成本和维护工作量.
• 充放电效率高：锂电池的充放电效率较高，能够快速有效地将光伏发电产生的电能储存起来，并在需要时及时释放，减少了能量的损耗，提高了能源的利用效率.
• 响应速度快：具备快速的充放电响应能力，可在瞬间根据电网的需求或负荷的变化调整充放电功率，实现对电网的灵活支持和功率调节，增强了光伏储能系统的电网适应性和稳定性.
• 安全性和可靠性高：经过多年的技术发展和改进，锂电池的安全性和可靠性得到了显著提高。同时，配备了完善的电池管理系统，可对电池的电压、电流、温度等参数进行实时监测和控制，确保电池的安全运行，防止过充、过放、过热等故障的发生。

未来“光伏+储能”组合的创新方向可能包括：

• 技术创新：持续推动光伏和储能技术的创新，提高光伏电池的转换效率和储能系统的能量密度，降低成本，提升系统的整体性能和经济性。
• 系统融合：深化“光伏+储能”系统的集成和优化，实现光伏与储能的无缝对接和高效协同，提高系统的可靠性和稳定性。
• 应用场景拓展：探索“光伏+储能”在更多领域的应用，如城市照明、交通信号、农业农村等公共基础设施，以及个性化、定制化的家用储能产品，满足多元化市场需求。
• 数字化与智能化：利用大数据、人工智能等先进技术，对“光伏+储能”系统进行智能化管理和优化，提高系统的运行效率和能源利用效率。
• 绿色氢能与多元化利用：结合制氢技术，将光伏发电产生的电能转化为氢能，实现能源的多元化利用和储存，为未来能源体系的转型和升级提供新的思路和解决方案。

这些创新方向将有助于推动“光伏+储能”组合的广泛应用和持续发展。