电池储能站主要设备安装费用研究

随着能源和环境问题的日益严重，中国乃至世界范围内对风能、太阳能等新能源的大规模利用进入了一个全新的发展时期。储能技术在电网侧能削峰填谷，提高电网设备的综合利用率，以及在发电侧很大程度上解决了新能源发电的随机性、波动性问题[1]。新经济发展下的电网对储能系统有着更加急迫的需求，研究与应用储能系统的重要性和紧迫性日益凸显。确定电池储能站主要设备的安装费用是合理控制储能工程造价的关键，对于适应低碳经济发展需求，加强技术创新，推进智能电网研究与建设，研究应用大容量电池储能系统具有重要意义。
　　与此同时，对于电池储能站主要设备安装定额既没有直接应用的标准，也没有全面成熟的经验可供借鉴。本文试图规范电池储能站的造价管理，有利于客观、公正、合理确定电池储能站投资，对今后同类工程的造价确定和控制具有参考和借鉴意义以及良好的社会和经济效益。
　　一、电池储能站主要设备分析
　　电池储能系统中，其核心设备为储能电池及其管理系统和能量转换系统[2]。蓄电池性能的优劣直接影响着电池储能系统的运行；电池管理系统关系着电池本体的安全、稳定、可靠运行；能量转换系统是储能系统并网的核心，实现储能系统和电网间能量双向流动，其直接影响着储能系统作用的发挥。
　　（一）储能电池
　　在电池储能系统中，储能电池主要起着充放电的功能，各种类型储能电池的技术特性和造价比较（如表1所示）。
　　（二）电池管理系统（BMS）
　　电池管理系统是一个基于微处理器的实时监控系统，可以有效地监控电池状态（电压、电流和温度等），对电池组可能出现的故障进行报警并保护电池本体，保证电池组安全、可靠、稳定的运行。
　　（三）能量转换系统（PCS系统）
　　能量转换系统（Power Conversion System，PCS）是储能系统并网的核心部分，基本功能是实现电化学蓄电池与电网之间的能量双向传递，其核心是电压源换流单元。PCS系统内含监测和控制回路，主要负责对PCS系统自身状态进行监控和告警。系统运行独立于中央控制系统，可确保中央控制系统退出运行后整个储能系统仍能可靠运行。PCS保护与控制系统通过对电压、电流、断路器状态等信号进行采样，实时输出PWM波型控制信号，达到调频、调相、控制功率的功能。
　　二、安装费用测算
　　（一）储能电池安装费用测算
　　1.人工费测算。储能电池（容量180Ah）柜可安装16组电池，共300kg，折合每组电池重量为300/16=18.75kg。电池柜尺寸为1 100（宽）×800（深）×2 260（高）mm，折合每组电池大小约为69（宽）×50（深）×141（高）mm。
　　储能电池组安装需经过卸车、转运、开箱、搬运、就位及固定等流程，每箱共装备两组储能电池。根据现场工作时间分析，将两组电池全部安装在一个电池柜需要两个工人耗时30分钟，折合一组电池消耗工日为（30×2/2）/（60×8）=0.0625工日，综合工日单价为电力行业定额基准工日单价31元/工日，因此人工费=0.0625×31=1.94元。
　　2.材料费测算。储能电池组安装主要消耗性材料包括塑料带（相色带）、电力复合脂、钢锯条各种规格、破布、肥皂水和其他材料，材料消耗量与免维护铅酸蓄电池安装耗用的材料量相同，其他材料费由于包含水平运输的钢轨、枕木等摊销材料，因此比免维护铅酸蓄电池安装耗用的其他材料费比例略高，按照主要消耗性材料费的3%考虑。材料消耗量及费用的计算表格如下：
　　3.机械费测算。储能电池组安装的主要机械和工具为手动叉车（2t），用于储能电池的转运。根据现场工作时间分析，以及储能电池组的重量和大小，手动叉车一次性可转运两箱电池（1.2t），完成16箱电池的转运需占用一个台班，因此每箱电池耗用的台班量为1/16=0.0625台班，每组电池耗用的台班量为0.0625/2=0.031台班。根据台班单价及消耗台班量，可计算得到机械费=0.031×88.75=2.751元。
　　储能电池安装费用=人工费+材料费+机械费=7.37元。
　　（二）能量转换系统安装费用测算
　　1.人工费测算。根据调研资料，PCS柜体（500kW）由4个柜组成一个整体，尺寸为3 920×1 040×2 200mm（宽×深×高），重量在3 000kg左右。目前，普通变电站的屏柜尺寸为800×600×2 260mm（宽×深×高）。
　　PCS柜体安装需经过卸车、转运、就位及固定等流程，每组由4个柜体组成。根据现场调研的工作时间分析，在外界条件良好的条件下，完成1组PCS柜体的安装需要9个工人耗费4个工日左右，折合消耗工日9×4=36工日。根据工程实际安装过程中的降效等因素，完成1组PCS柜体的安装需消耗38工日。综合工日单价采用现行电力行业定额基准工日单价31元/工日，因此人工费=38×31=1 178元。
　　2.材料费测算。PCS柜体主要消耗性材料应包括镀锌扁钢、电焊条、镀锌六角螺栓、自粘性橡胶带、塑料带、普通调和漆、铜芯塑料绝缘线、电池和其他材料等。由于PCS柜体为4+1结构共四个柜体组成1组，材料消耗量在继电保护屏安装耗用的材料量基础上乘以5倍，其他材料费按照主要消耗性材料费的3%考虑。
　　3.机械费测算。PCS柜体尺寸为3920×1040×2200mm（宽×深×高），重量在3 000kg左右，其中安装所需的主要机械为汽车式起重机（16t）、载重汽车（8t）、人力钻机、液压千斤顶和电动叉车（3t）等。其中汽车式起重机用于PCS柜体的卸车，载重汽车用于卸车点至安装位置的转运，电动叉车和液压千斤顶用于现场的安装就位，人力钻机用于钻孔固定柜体。
　　根据现场调研的工作时间分析，并综合各种降效因素，得出完成1组PCS柜体的安装就位需要消耗汽车式起重机（16t）、载重汽车（8t）、人力钻机、液压千斤顶和电动叉车（3t）的时间分别为240m、180m、90m、90m和150m，折合机械台班为0.5台班、0.375台班、0.188台班、0.188台班和0.313台班。根据台班单价及消耗台班量，可计算得到机械费如下：
　　能量转换系统安装费用=人工费+材料费+机械费=1 907.43元。
　　结语
　　根据以上测算结果，每个储能电池组安装费用为7.37元，每个能量转换系统的安装费用为1 907.43元。研究结果将为今后电池储能站主要设备的安装费用估算及造价管理提供依据。