大規模電化學儲能電站的裝配式技術研究

李 杰 儲方舟 季 鵬

(1.中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司，江蘇 南京 210000；2.國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院，江蘇 南京 210000； 3.南京工業大學土木工程學院，江蘇 南京 211816)

0 引言

儲能是通過特定的裝置或物理介質將不同形式的能量通過不同方式儲存起來，以便在需要時利用的技術。目前，儲能方式主要分為機械儲能、電化學儲能、電磁儲能和相變儲能等四類[1]。當前能源發展，要求儲能方式具有投資少、效率高、維護簡單、使用安全等優點，針對上述要求，電化學儲能從四大儲能方式中脫穎而出，逐漸成為主流研究方向。目前，以電化學儲能為代表的新型儲能技術已經進入大規模商業化應用階段，如何實現快速高效的建成電化學儲能電站工程，盡早實現并網投產，成為儲能電站建設工程亟待解決的問題。

自2013年上海建造國內第一個裝配式變電站以來，裝配式變電站的建設取得了令人滿意的發展，僅2018年在全國范圍內就相繼建成了110 kV變電站達數十座，但目前國內對于裝配式儲能電站建設方法的研究較少，行業內沒有統一的設計規程或規范。

本文通過蘇州昆山儲能電站裝配式設計和施工方案，從工程建造的角度剖析裝配式儲能電站的設計和施工方法，希望以此能為國內儲能電站的后續建設和形成統一的設計標準提供思路和啟發。

1 工程概況

為提升蘇州昆山電網接納可再生能源能力，服務綠色能源轉型，考慮在蘇州已退役的220 kV昆山變建設昆山儲能電站，規劃于2019年年底投運。蘇州昆山儲能電站建設規模為110.88 MW/193.6 MWh，儲能電池采用半戶內全預制艙布置，單體容量目前為全國第一，在電化學儲能領域具有標志性的意義。

該儲能電站擬建站址位于蘇州昆山市火車南站西南側約900 m的退役昆山220 kV變電站內，廟燈路南側，中環西路東側。擬建站址面積20 813 m2。

2 昆山儲能電站裝配式建設方案

2.1 儲能電站預制設計方案

2.1.1儲能電池艙基礎預制設計

把整個儲能電池集裝箱基礎拆成U型模塊，整個基礎分為兩種模塊，模塊1是邊部帶側板的U型模板，模塊2是中部無側板的U型模塊。模塊1重量約為10 t，模塊2重量約為7.5 t。模塊與模塊之間的連接方式采用承插口形式，在截面中部采用膩子復合橡膠密封條，通過預應力鋼筋鎖緊裝置壓緊。節與節外側采用雙組分聚硫密封膠密封，內側采用改性硅酮密封膠沿內側一圈封堵，與膩子復合橡膠密封條一起形成兩道防水。具體如圖1所示。

2.1.2預制防火墻設計

根據GB 50016—2014建筑設計防火規范中的相關規定，該工程中，兩個電池組基礎之間需要采用防火墻隔離，防火墻長度為14.2 m，高度為4.0 m，厚度0.3 m，墻厚度需要滿足耐火極限3 h要求。

采用預制整體式鋼筋混凝土T型構件，單個構件的重量約為9 t，寬度在2 m左右。板與板的連接采用陰陽榫連接，表面板縫采用耐候膠勾縫。儲能電池艙防火墻拆分如圖2所示。

2.1.3預制電纜溝設計

混凝土預制電纜溝，分為地面和地下兩種。具有施工工藝簡單、可工廠標準化制作，工期短，減少現場濕作業和冬季施工不利影響等優點。同時，由于電纜溝在工廠內分段預制，相比較現澆混凝土電纜溝而言，外觀質量、平整度、混凝土色差等質量問題更容易得到控制。與儲能電池艙基礎相同的是，模塊與模塊之間的連接方式同樣采用承插口形式，在截面中部采用膩子復合橡膠密封條，通過預應力鋼筋鎖緊裝置壓緊。

2.2 儲能電站預制施工方案

2.2.1施工步驟

預制構件、安裝用材料及配件等應符合產品應用技術手冊的規定，并按照GB/T 51231—2016裝配式混凝土建筑技術標準的規定進行進場驗收。安裝施工前，應進行測量放線、設置構件安裝定位標識。測量放線應符合GB 50026—2007工程測量規范中的有關規定。預制構件吊裝就位后，應及時校準并采取臨時固定措施，并應符合GB 50666—2011混凝土結構工程施工規范中的相關規定。具體要求如下：

1)準備工作：施工放線定位定標高，基槽開挖并清理，砂石墊層處理淺層地基，澆筑墊層。

2)產品運輸及吊卸：產品高寬及重量均未超出常規運輸要求，所以可以采用正常運輸工具及方法運輸。按照現場吊裝半徑，選擇適合噸位的汽車吊或履帶吊施工。

3)產品拼裝：按預先編號逐個吊入基槽，將構件逐個平整對位。

4)檢查調整各構件連通性，平整性，在構件端面的膠圈槽內按要求黏貼膠圈。

5)連接各構件：內側采用預應力鋼筋鎖緊節段，壓緊膠圈；外側采用螺栓連接各構件。

6)打密封膠：內側拼縫采用改性硅酮密封膠沿內側一圈封堵，外側拼縫采用雙組分聚硫密封膏嵌實。

7)回填土：用素土分層夯實基槽空隙。

2.2.2拼縫防水做法

本工程拼縫處防水采用膩子復合橡膠密封條加改性硅酮密封膠組成兩道防水體系。由于膩子復合橡膠密封條位置在構件的端面上，所以需要通過預應力鎖緊裝置壓密實。具體要求如下：

1)為防止不均勻沉降，若地基承載力較差，需要對地基進行處理，并且加厚墊層。

2)在構件端面膠圈槽位置黏貼膠圈，拼接時采用預壓應力壓實膠圈，達到防水效果。

3)外側拼縫采用雙組分聚硫密封膠嵌縫。

4)內側拼縫采用改性硅酮密封膠嵌縫。

拼縫形式為柔性連接，對不均勻沉降有一部分抵抗作用。

2.2.3預制構件防腐做法

本工程采用玻璃鋼對預制構件表面纏繞包裹的方法進行防護，工程所在地無凍脹作用，取玻璃鋼厚度為3 mm，可以抵抗較強腐蝕。玻璃鋼外裹預制構件只是防腐的其中一個方案，為了達到更好的防腐效果，對鋼筋混凝土預制構件自身的材料組成作出針對抗腐蝕的優化，提高預制構件本身的抗腐蝕能力。本工程的鋼筋混凝土預制構件采用混凝土等級不小于C35，保護層厚度不小于50 mm，水灰比不大于0.4，水泥品種選用普通硅酸鹽水泥，并添加礦渣微細粉。同時，在配制混凝土的過程中摻入防腐劑、鋼筋阻銹劑，以此達到提高鋼筋混凝土預制構件自身抗腐蝕能力。

3 儲能裝配式與傳統現澆的比較

3.1 技術經濟比較

為使本工程施工方案的技術經濟性更趨合理、設計方案更加優化，本節分別從人工、工期及造價方面開展了儲能建設裝配式與傳統現澆的技術經濟比較工作，具體比較分析見表1～表3。

表1 人工對比(1個集裝箱基礎)

表2 養護周期對比

表3 造價對比 元

通過以上兩種方案對比，可得出以下結論：

1)現澆方案運用較為傳統，對施工環境適應效果較好，但對于儲能電站施工周期要求如此之高的情況下難度較大。在工程所在位置，帶來的污染影響也是較大，后期施工存在較大不確定性，容易造成較大的浪費，且工程質量難以控制。

2)對比初始投資而言，裝配式地下基礎成本相較于傳統現澆基礎增加了700元/m3，優勢并不明顯；但從人工成本的角度來看，降低了90%的人工費用，因而預制裝配式地下基礎能大幅度減少作業時間，提高了勞動效率。

3)預制構件一次性投資的模板及模具均可反復使用，如后期江蘇省電網側儲能電站工程大規模開展且設計實現模塊化，全壽命周期內成本可大幅度降低。

3.2 環境影響和社會效益比較

3.2.1環境影響比較

傳統現澆在施工過程中會產生大量的揚塵和較高的噪聲，同時不可避免的濕作業使施工現場十分泥濘且觀感極差。裝配式作業避免了大量的濕作業，現場更加整潔，噪聲得到非常有效的控制，施工過程也更加高效。可見，裝配式作業相比較于傳統現澆作業更符合環境友好的理念。

3.2.2社會效益比較

裝配式是新興的施工方式，國內相較于國外起步晚，但依托于我國工程建設的龐大體量，自2016年國務院印發關于大力發展裝配式建筑的指導意見之后，鋪開速度迅猛。裝配式儲能電站作為新興裝配式建設浪潮中的一員，在設計、改造、擴建、施工等方面都存在待研究的空白。儲能電站的裝配式建設有助于擴充我國裝配式建設的技術寶庫，提高我國裝配式建設水平在國際上的話語權。

4 結語

本文針對全國最大單體容量電化學儲能工程——蘇州昆山儲能電站項目展開研究，儲能電站的裝配式建設目前在國內的研究較少，本文通過提出該儲能電站的預制設計方案、具體的施工過程和細節做法，同時從經濟的角度對比裝配式與傳統現澆兩種施工方案，最終總結得到裝配式儲能電站的優越性，并旨在為今后裝配式儲電站的建設提供參考和思路。

同時，本文通過對昆山儲能電站的建設分析提出一些對未來裝配式儲能電站的思考和展望：

1)儲能電站的選址和定容需要兼顧長遠經濟效益和建設難度兩方面，希望今后有較為完善合理的選址和定容方法，形成統一的行業標準。

2)國內目前尚無規范針對不同的裝機容量對裝配式構件的設計和施工方法作出規定，尚未形成統一的設計和施工標準，希望今后能夠有通用的設計方案以滿足設計和施工的深度協同。