Diseño de un sistema de almacenamiento de energía en batería de 500 kW/2 MWh

El presente documento presenta una solución técnica para un sistema de almacenamiento de energía con baterías de fosfato de hierro y litio de 500 kW/2 MWh, en el que se describe de forma sistemática el enfoque general y la hoja de ruta técnica, desde la planificación y el diseño hasta la puesta en marcha. Abarca la visión general del proyecto, las bases de diseño y los principios técnicos clave. El documento analiza la situación actual del consumo eléctrico comercial y las tendencias de evolución de la carga, propone un esquema de integración del sistema y una escala de construcción razonables, y verifica el impacto del sistema de almacenamiento de energía en la seguridad y la fiabilidad de la red de distribución eléctrica existente mediante cálculos de corriente de cortocircuito. Partiendo de esta base, la solución detalla la selección y el diseño de la integración en el sistema de equipos clave, tales como las baterías de almacenamiento de energía, el PCS, el BMS y el EMS. Asimismo, ofrece una evaluación exhaustiva de los aspectos eléctricos, de los sistemas secundarios, de ingeniería civil, de protección contra incendios, de protección medioambiental y de seguridad en la producción, garantizando que el proyecto cumpla con las normas pertinentes y los requisitos operativos en materia de seguridad, fiabilidad, economía y sostenibilidad, y proporcionando una base técnica para la construcción sin contratiempos y el funcionamiento estable a largo plazo de la central de almacenamiento de energía.

1. Descripción general

1.1 Fundamentos de diseño

1) GB/T 36547-2018: Especificaciones técnicas para la conexión a la red de los sistemas de almacenamiento de energía electroquímica

2) GB/T 36545-2018 Requisitos técnicos para sistemas móviles de almacenamiento de energía electroquímica

3) GB/T 36548-2018: Especificaciones de ensayo para la conexión a la red de sistemas de almacenamiento de energía electroquímica

4) Q/GDW 11725-2017: Especificaciones relativas al nivel de detalle del diseño de los sistemas de almacenamiento de energía conectados a las redes de distribución

5) Q/GDW 36547-2018: Especificaciones técnicas para la conexión a la red de sistemas de almacenamiento de energía electroquímica

6) Q/GDW 36276-2018 Baterías de iones de litio para el almacenamiento de energía

7) Q/GDW 36549-2018: Indicadores operativos y evaluación de las centrales de almacenamiento de energía electroquímica

8) Q/GDW 36558-2018 9) Condiciones técnicas generales para los sistemas de almacenamiento de energía electroquímica en redes eléctricas

10) Q/GDW 10769-2017: Directrices técnicas para centrales eléctricas de almacenamiento de energía electroquímica

11) GB/T 34133-2017: Especificaciones técnicas para convertidores de almacenamiento de energía

12) GB/T 34131-2017: Especificaciones técnicas para los sistemas de gestión de baterías de iones de litio destinados a centrales de almacenamiento de energía electroquímica

13) GB/T 34120-2017 Especificaciones técnicas para convertidores de almacenamiento de energía en sistemas de almacenamiento de energía electroquímica

14) Q/GDW 10696-2016: Especificaciones de control operativo para sistemas de almacenamiento de energía electroquímica conectados a redes de distribución

15) Q/GDW 10676-2016: Especificaciones de ensayo para sistemas de almacenamiento de energía electroquímica conectados a redes de distribución

16) NB/T 1816-2018 Directrices de codificación para los sistemas de identificación de centrales de almacenamiento de energía electroquímica

17) NB/T 1815-2018 17) NB/T 42090-2016 Especificación técnica para el sistema de monitorización de una central de almacenamiento de energía electroquímica

18) NB/T 42089-2016: Especificación técnica para el sistema de conversión de energía de una central eléctrica de almacenamiento de energía electroquímica

1.2 Resumen del proyecto

1.2.1 Condiciones naturales del proyecto

(1) Ubicación del proyecto

El emplazamiento del proyecto se encuentra a 50 m a la izquierda de la puerta sur del sistema de almacenamiento de energía (el terreno bajo los cimientos es firme). Se puede acceder a él por carretera (carretera de 2,5 m de ancho y pradera de 2,7 m de ancho) y está rodeado de árboles y praderas fuera de la valla.El emplazamiento del proyecto se encuentra entre edificios. Está a unos 200 metros de la carretera y cuenta con buenas conexiones de transporte.

1.3 Principios técnicos fundamentales

Este proyecto consiste en un sistema de almacenamiento de energía con baterías de fosfato de hierro y litio de 500 kW/2 MWh, dividido en dos líneas de 250 kW/1 MWh conectadas al lado de la carga de la sala de distribución eléctrica. La disposición general adopta un esquema de unidades funcionales en contenedores y está diseñada de forma modular, constando de dos compartimentos para baterías y un compartimento para el sistema de control (PCS).

2. Descripción general del sistema

2.1 Resumen del consumo eléctrico en el sector comercial

Según el estudio realizado in situ, la topología del suministro eléctrico comercial es la siguiente: línea de entrada de alta tensión de 10 kV con doble circuito → cuadro de distribución de media tensión (10 kV) → transformadores (10 kV/0,4 V, 2 × 2000 kVA) → Aparamenta de baja tensión (400 V).

Puntos de medición: Se utiliza un suministro de alta tensión y un sistema de medición de alta tensión. Se ha instalado un contador de energía trifásico en cada uno de los dos lados de alta tensión de 10 kV para medir el consumo de los dos transformadores.

2.2 Condiciones de carga y previsiones

Consumo real actual de potencia: Transformador #1, potencia instalada 2000 kVA, carga real 50 kW, factor de carga 2,5%. Transformador #2, potencia instalada 2000 kVA, carga real 150 kW, factor de carga 7,5%. Ambos transformadores funcionan con baja carga. Teniendo en cuenta el futuro funcionamiento del complejo comercial, la carga aumentará significativamente. Mientras tanto, debido a la diferencia significativa entre los precios de la electricidad en horas punta y en horas valle en la zona, se está considerando añadir un sistema de almacenamiento de energía de 250 kW/1 MWh a cada uno de los transformadores #1 y #2, en el lado de baja tensión, lo que supone un total de 500 kW/2 MWh.

El sistema de almacenamiento de energía puede aplicar estrategias de control específicas basadas en las tarifas eléctricas locales por franja horaria y en las condiciones reales de carga: cargando durante las horas de menor demanda, de 23:00 a 7:00, y descargando durante las horas de mayor demanda, de 11:00 a 13:00 y de 16:00 a 17:00, lo que permite suavizar los picos de demanda.

Diagrama esquemático de un sistema de 250 kW/1 MWh

Punto de conexión a la red del sistema de almacenamiento de energía mediante transformador

Punto de conexión a la red del sistema de almacenamiento de energía mediante transformador

2.4 Escala de construcción

La envergadura inicial de la construcción de este proyecto es de dos sistemas de 250 kW/1 MWh, lo que suma un total de 500 kW/2 MWh.

2.5 Análisis de la corriente de cortocircuito

(1) El cortocircuito se produce dentro del recinto de la central de almacenamiento de energía, es decir, fuera de la barra colectora de baja tensión del transformador.

En este caso, la impedancia de transferencia desde la red hasta el punto de cortocircuito es mayor que cuando el sistema de almacenamiento de energía no está conectado, y la corriente de cortocircuito en el lado de la red es, en consecuencia, menor que la corriente de cortocircuito original (cuando el sistema de almacenamiento de energía no está conectado). Esta situación de cortocircuito no afectará a los equipos existentes.

(2) El cortocircuito se produce dentro del sistema, es decir, en el lado de la barra colectora del transformador #1 o del transformador #2.

En este caso, la corriente de cortocircuito que circula por la barra colectora de baja tensión del transformador incluye la corriente de cortocircuito original más la corriente de cortocircuito que sale de la central de almacenamiento de energía. Debido a la influencia de los dispositivos de potencia del inversor, la corriente de salida máxima de la estación de almacenamiento de energía no superará 1,5 veces la corriente nominal, es decir, 562,5 A. Actualmente, la corriente de cortocircuito de los transformadores #1 y #2 es de 36,085 kA. Una vez que el sistema de almacenamiento de energía entre en funcionamiento, la corriente de cortocircuito de la barra colectora del transformador no superará los 36,647 kA. La capacidad de corte nominal del disyuntor en el lado de salida de baja tensión del transformador original es de 50 kA. Los resultados del análisis de la corriente de cortocircuito confirman que el nuevo sistema de almacenamiento de energía no afectará al conjunto del sistema de distribución eléctrica ni a los equipos existentes.

3. Sistema de almacenamiento de energía

3.1 Selección de la batería

3.1.1 Almacenamiento en baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio utilizan óxido de litio metálico como material del electrodo positivo y grafito o titanato de litio como material del electrodo negativo, tal y como se muestra en la figura. Las baterías de iones de litio se caracterizan por su alta densidad energética y presentan ventajas como una tensión de descarga estable, un amplio rango de temperaturas de funcionamiento, una baja tasa de autodescarga y la capacidad de cargarse y descargarse a altas corrientes. El fosfato de hierro y litio tiene una capacidad teórica de 170 Wh/kg, un buen rendimiento cíclico (tras 2000 ciclos con una profundidad de descarga [DOD] de 100%, conserva más del 80% de su capacidad), alta seguridad y la posibilidad de cargarse y descargarse de forma continua a una velocidad de carga/descarga de entre 1 y 3 veces la nominal (1C-3C), con una plataforma de descarga estable y una velocidad de descarga instantánea que alcanza los 30C. Sin embargo, las baterías de fosfato de hierro y litio presentan un rendimiento deficiente a bajas temperaturas; a 0 ℃, la capacidad de descarga es de solo el 70-80 %, y la vida útil puede alcanzar los 5 000-6 000 ciclos. En la figura se muestra un diagrama esquemático de su estructura.

Estructura de una batería de iones de litio

Este diseño utiliza baterías de fosfato de hierro y litio. Estas baterías ofrecen una elevada capacidad de producción y un gran rendimiento, se fabrican con equipos totalmente automatizados, garantizan una buena uniformidad del producto, tienen una larga vida útil y no generan contaminación ambiental durante su fabricación. Su diseño modular facilita tanto la producción como la instalación. Además, destacan por su alta densidad energética y su reducido tamaño.

La tensión y capacidad nominales de una célula de batería individual son de 3,2 V y 205 Ah. La vida útil del ciclo DOD del modelo 80% puede alcanzar los 6.000 ciclos.

3.2 Selección del método de instalación de los sistemas de almacenamiento en baterías

3.2.1 Método de instalación

Este proyecto utiliza el método de instalación en contenedores.

Por lo general, se toma como referencia el diseño básico y las dimensiones exteriores de un contenedor estándar. Tras su modificación y acondicionamiento, se instalan en el contenedor prefabricado la batería, el sistema de conversión de potencia bidireccional (PCS), el armario de distribución, etc.

3.3 Selección de PCS

El PCS (sistema de conversión de potencia) es un dispositivo de un sistema de almacenamiento de energía electroquímica que conecta el sistema de baterías a la red eléctrica (y/o a la carga) para lograr una conversión de potencia bidireccional. Puede controlar el proceso de carga y descarga de la batería, realizar la conversión de CA a CC y suministrar energía directamente a cargas de CA en ausencia de una red eléctrica. Es el equipo central del sistema de almacenamiento de energía.

Se utilizan productos de alta calidad, alto rendimiento y probados. En función de los requisitos del proyecto, se ha optado por un PCS de 250 kW. El PCS consta de un sistema bidireccional de corriente continua/alterna (CC/CA), una unidad de control, etc. El controlador del PCS recibe órdenes de control desde el sistema central a través de la comunicación y controla el PCS para cargar o descargar la batería según el signo y la magnitud de la orden de potencia, regulando así la potencia activa y reactiva de la red eléctrica. Al mismo tiempo, el PCS puede comunicarse con el EMS a través de la interfaz CAN para obtener información sobre el estado de la batería, lo que permite una carga y descarga protegidas de la misma y garantiza su funcionamiento seguro.

3.3.1 Requisitos básicos para el PCS

(1) La carcasa del PCS debe disponer de un interruptor de parada de emergencia y de protección contra el contacto accidental.

(2) El PCS debe poder mostrar diversos datos de funcionamiento en tiempo real, de fallos en tiempo real y de historial de fallos.

(3) La unidad PCS debe disponer de un selector de modo local/remoto. Cuando se seleccione el modo local, debe poder realizar operaciones locales de encendido, apagado y configuración de parámetros; todas las operaciones locales requieren autenticación.

(4) El PCS debería detectar automáticamente la conexión de comunicación con el sistema de monitorización. Cuando se interrumpa la comunicación, el PCS bidireccional de almacenamiento de energía debería emitir una alarma sonora y visual y, tras un retraso ajustable, pasar al modo de espera.

(5) El PCS debe contar con medidas para hacer frente a la corriente circulante y a la salida irregular de cada rama de CC provocadas por el funcionamiento en paralelo directo en el lado de CA.

(6) El PCS requiere un disyuntor accionado manualmente en el lado de corriente continua y un contactor y un disyuntor en el lado de salida de corriente alterna para formar un punto de aislamiento de seguridad respecto al punto de conexión a la red.

(7) La calidad de la energía eléctrica suministrada por el dispositivo PCS a la carga de CA local deberá cumplir las normas nacionales pertinentes en lo que respecta a armónicos, desviación de tensión, desequilibrio de tensión, componente de CC, fluctuación de tensión y parpadeo.

3.3.3 Control de operaciones

(1) Puesta en marcha y apagado

El PCS cuenta con funciones completas de autocomprobación de hardware y software durante el arranque. Debe activar una alarma y registrar la información pertinente de forma detallada cuando el dispositivo presente un fallo o un comportamiento anómalo. Asimismo, debe confirmar que la comunicación con el sistema de supervisión es correcta durante el arranque.

El PCS está equipado con un circuito de reinicio automático. Si tras el reinicio sigue sin funcionar con normalidad, debería poder emitir una señal o información de anomalía.

Tiempo de arranque: El tiempo transcurrido desde el encendido inicial hasta alcanzar la potencia nominal no debe superar los 15 s.

Tiempo de desconexión: En cualquier condición de funcionamiento, el tiempo transcurrido desde la recepción de la orden de desconexión hasta que se desconecta el interruptor del lado de CA no debe superar los 100 ms.

La variación de la potencia activa de salida durante el arranque del dispositivo no debe superar la tasa máxima de variación de potencia establecida.

Salvo en caso de avería eléctrica o de recibir instrucciones de la entidad de gestión de la red eléctrica, la potencia desconectada simultáneamente por varios dispositivos PCS debe estar dentro de la tasa máxima de variación de potencia permitida por la red eléctrica.

(2) Modo de control de dispositivos

El PCS debe disponer de tres modos de control: local y remoto.

Local: En este modo, la unidad de control local del PCS no acepta el control remoto desde el ordenador central del sistema de supervisión. Los operadores pueden realizar y confirmar las operaciones paso a paso, de acuerdo con el procedimiento operativo del modo local, hasta alcanzar finalmente un funcionamiento en estado estacionario.

Control remoto: El inicio o la parada automáticos del modo de funcionamiento se realizan mediante comandos EMS.

El control local se realiza desde el panel de control del armario, mientras que el control remoto se lleva a cabo mediante el envío de órdenes de control a través del sistema de supervisión, de acuerdo con el protocolo de comunicación. La prioridad de los modos de control remoto y local aumenta de forma secuencial.

Se pueden configurar los parámetros de control tanto para el modo local como para el modo remoto del sistema de conversión de energía (PCS) de almacenamiento de energía.

3.4 Sistema de gestión de la batería (BMS)

3.4.1 Estructura del sistema de gestión de la batería

Las funciones de protección y supervisión del sistema de baterías las lleva a cabo el BMS. El sistema BMS cuenta con una arquitectura de red de tres niveles: el módulo de detección de gestión de baterías (CCM), la unidad esclava de gestión de baterías (BMU) y la unidad maestra de gestión de baterías (BCU). Las funciones principales de cada módulo son las siguientes:

CCM: Supervisa la tensión y la temperatura de cada una de las celdas y transmite esta información a la BMU en tiempo real, lo que permite controlar el equilibrio de tensión de cada celda. BMU: Recopila y gestiona los datos de tensión y temperatura procedentes de varios CCM y transmite esta información a la BCU en tiempo real a través del protocolo CAN. También puede controlar los CCM para que realicen el equilibrado basándose en los comandos de equilibrado emitidos por la BCU.

BCU: Supervisa la tensión y la corriente totales de todo el conjunto de baterías, recopila información de las BMU de nivel inferior y puede estimar la capacidad restante y el estado de salud de la batería en tiempo real. Además, transmite esta información al EMS en tiempo real a través del protocolo CAN. Controla la apertura y el cierre de los relés y proporciona alarmas y protección para el conjunto de baterías.

Diagrama de arquitectura de BMS

3.4.2 Funciones del sistema de gestión de la batería

El módulo de gestión de baterías (CCM) y la unidad de gestión de baterías (BMU) gestionan las unidades a nivel de módulo de batería (uno o varios módulos de batería), supervisan el estado de las baterías (tensión, temperatura, etc.) y proporcionan interfaces de comunicación para las baterías. El sistema de gestión de baterías (BMS) supervisa el estado de las baterías (temperatura, tensión, corriente, estado de carga, etc.), proporciona interfaces de comunicación y cuenta con un sistema de protección. Los requisitos específicos son los siguientes:

1) Medición de alta precisión y fiabilidad de la tensión y la temperatura de cada célula de la batería, con un rango de medición de temperatura de -40 ℃ a 85 ℃.

Medición en tiempo real de los datos eléctricos y térmicos relacionados con la batería, incluyendo la tensión de cada célula, la temperatura del módulo de la batería, la tensión del módulo de la batería, la corriente del circuito en serie, la resistencia de aislamiento y otros parámetros.

2) La precisión de medición de cada parámetro de estado deberá cumplir con las disposiciones específicas del apartado “5.2 Requisitos de medición” de la norma GB/T 34131-2017 “Especificación técnica para el sistema de gestión de baterías de iones de litio para centrales de almacenamiento de energía electroquímica”. 3) Calcular el estado de carga (SOC) de la batería, la energía de carga y descarga (Wh), la corriente máxima de carga, la corriente máxima de descarga y otros parámetros de estado, con capacidad de retención de datos tras el apagado y la posibilidad de cargar datos en el sistema de monitorización. La precisión de medición de cada parámetro de estado deberá cumplir los requisitos específicos del apartado “5.3 Requisitos de cálculo” de la norma GB/T 34131-2017 “Especificación técnica para el sistema de gestión de baterías de iones de litio para centrales de almacenamiento de energía electroquímica”.

4) Lograr el equilibrio de carga entre las celdas, lo cual se lleva a cabo mediante un circuito de control de equilibrio.

5) Los circuitos de detección de tensión y temperatura, de control de equilibrio y de estimación de estado del BMS están completamente aislados eléctricamente de la fuente de alimentación de control y del bus CAN. Se garantiza que el nivel de aislamiento de la fuente de alimentación de control y de la comunicación por bus CAN es de 2500 V, lo que garantiza el cumplimiento del requisito de que las celdas de la batería de alta tensión se conecten en serie.

6) El BMS lleva a cabo la detección de la resistencia de aislamiento de alta tensión, lo que requiere el aislamiento eléctrico de los circuitos relacionados y tener plenamente en cuenta los efectos del ruido. Se realizan múltiples muestreos y se calcula la media de los datos recopilados para obtener valores de muestra más precisos. 7) El BMS debe ser capaz de estimar con precisión el estado de carga (SOC) del dispositivo de almacenamiento de energía de la batería. El requisito de precisión es ≤5% cuando SOC ≤ 30%; ≤5% cuando 30% < SOC < 80%; y ≤5% cuando SOC ≥ 80%. También debe ser capaz de calibrar dinámicamente el valor del SOC y proporcionar una tabla de estimación de la precisión del SOC correspondiente.

8) El sistema de gestión de la batería (BMS) debe gestionar eficazmente la carga y la descarga para garantizar que no se produzcan sobrecargas ni descargas excesivas durante el proceso, evitando que la corriente de carga y la temperatura superen los valores permitidos. Durante la carga, la tensión de carga admisible de la batería debe mantenerse dentro de la tensión máxima de carga admisible; durante la descarga, la corriente y la tensión deben mantenerse dentro de la tensión mínima de descarga admisible. Debe ser capaz de proporcionar la temperatura de la batería y otras señales de control al sistema de gestión térmica, y ayudar a este a controlar y alcanzar una diferencia de temperatura media de 5 °C entre las baterías.

9) El BMS debe aplicar estrategias de carga y descarga, lo que requiere una supervisión en tiempo real durante todo el proceso de carga y descarga. Al detectar anomalías, debe activar inmediatamente las medidas de alarma y protección para garantizar la seguridad de la batería. 10) El BMS emplea una función de protección mediante alarmas de tres niveles para los equipos de almacenamiento de energía en baterías, con ajustes precisos de los niveles de protección. En función del nivel de gravedad, se adoptan medidas como la reducción de potencia, la prohibición de la carga y descarga, y la desconexión de los circuitos de la batería para garantizar un funcionamiento seguro, estable y fiable del conjunto de baterías.

3.5 Diseño general del sistema de almacenamiento de energía

Teniendo en cuenta la superficie reservada para el proyecto, este esquema incorpora tres módulos prefabricados de almacenamiento de energía, que incluyen dos módulos de baterías y un módulo PCS. La capacidad total instalada es de 2 MWh, dividida en dos ramales de almacenamiento de energía. Cada rama de almacenamiento de energía consta de un convertidor de almacenamiento de energía de 250 kW, una batería de almacenamiento de energía de 1 MWh y un sistema de gestión de energía. Las dos ramas de almacenamiento de energía están conectadas, respectivamente, a las barras colectoras de baja tensión de 400 V de los transformadores #1 y #2 en la sala de distribución.

Diagrama esquemático de una unidad de almacenamiento de energía

El sistema de almacenamiento de energía consta de un sistema de almacenamiento en baterías, un sistema de conversión de potencia (PCS), un sistema de gestión de baterías (BMS) y un sistema de gestión de energía (EMS). El sistema de almacenamiento en baterías se conecta al bus de CA tras la conversión de CC a CA a través del PCS, lo que permite el almacenamiento y la liberación de energía. El PCS controla la carga y la descarga de las baterías: durante la carga, el PCS actúa como rectificador, convirtiendo la corriente alterna en corriente continua para su almacenamiento en las baterías; durante la descarga, el PCS actúa como inversor, convirtiendo la corriente continua almacenada en corriente alterna para alimentar las cargas pertinentes de la comunidad. El BMS supervisa en tiempo real la tensión, la corriente y la temperatura de los acumuladores de batería. Al transmitir esta información clave al EMS, este coordina y gestiona el proceso de carga y descarga del sistema de almacenamiento de energía, evitando problemas de sobretensión, subtensión y sobrecorriente, y también se encarga de la gestión del equilibrio entre carga y descarga.

El sistema de almacenamiento de energía se carga y descarga mediante un sistema de software. El sistema permite tanto el control de un único punto como el control de la cantidad total. El sistema de almacenamiento de energía se controla según las órdenes de despacho, y la potencia de salida se puede ajustar según sea necesario dentro del rango de funcionamiento nominal del PCS. El sistema cuenta con un control mediante un solo botón, y cada unidad de almacenamiento de energía controla a su vez su subsistema de acuerdo con los requisitos generales de las órdenes. La tasa de carga y descarga de la batería cumple con las normas nacionales y es ajustable dentro del rango de 0-0,5C.

3.6 Análisis de la eficiencia de los sistemas de almacenamiento de energía

El intercambio de energía entre el sistema de almacenamiento en batería y el punto de conexión a la red eléctrica implica dos enlaces principales: el PCS y la línea principal. Durante la carga y la descarga, cada enlace sufre una cierta pérdida de energía. Teniendo en cuenta la pérdida de energía inherente al propio sistema de baterías durante la carga y la descarga, la eficiencia global del sistema se ve afectada por tres factores.

Teniendo en cuenta las normas del sector y los niveles de fabricación de los equipos actuales, la eficiencia global de carga y descarga viene determinada por la eficiencia del PCS (97%), la eficiencia de carga de la batería (90%) y las pérdidas en la línea (3%). La mayor parte de las pérdidas (10%) en los ciclos de carga y descarga de la batería se producen durante la carga. Por lo tanto, por cada 1 Wh de capacidad de almacenamiento de energía, en un único ciclo de carga y descarga (considerando un DOD del 90%), se libera aproximadamente 0,87 Wh (1 × 0,9 × (0,97 × 0,997)) de energía durante el proceso de descarga, mientras que se consumen 1,034 Wh (0,9 / (0,9 × 0,97 × 0,997)) durante el proceso de carga.

3.7 Seguridad de los sistemas de almacenamiento de energía

3.7.1 Seguridad de las baterías

Se trata de una batería de fosfato de hierro y litio. Durante la carga, el sistema de gestión de la batería (BMS) regula la batería y el entorno de carga para evitar la generación de hidrógeno. En el compartimento de la batería se han instalado una serie de medidas de ventilación para garantizar que cualquier gas explosivo sea monitorizado y evacuado a tiempo. Cada sistema de almacenamiento de energía por batería (BESS) está equipado con un sistema automático de extinción de incendios.

3.7.2 Garantía de seguridad operativa

El BMS proporciona una supervisión y gestión exhaustivas de los parámetros de funcionamiento de la batería y del sistema de almacenamiento de energía. Supervisa la información recopilada sobre el estado de la batería, el estado de funcionamiento de los equipos y el estado de la red eléctrica a lo largo de todo el proceso. Además, evalúa el estado de la batería y puede reparar automáticamente aquellas que presenten problemas menores, y emite alarmas y notifica de inmediato a los usuarios en caso de condiciones de funcionamiento erróneas o anómalas.

3.7.3 Garantía de seguridad de los equipos eléctricos

El sistema de almacenamiento de energía cuenta con protección contra sobrecargas de tensión y corriente en los lados de CC y CA, protección contra cortocircuitos, protección contra sobrecalentamiento y protección de seguridad de la red eléctrica. Cuando la tensión, la fase o la frecuencia de la red eléctrica sean inestables y superen los umbrales establecidos en el equipo, se activará inmediatamente una alarma o se aplicará una protección de desconexión adicional. 3.7.4 Diseño del sistema de protección contra incendios del BESS

Los sistemas automáticos de alarma y extinción de incendios son un elemento fundamental para garantizar el funcionamiento seguro de los sistemas de almacenamiento de energía. Deben reaccionar rápidamente ante la detección de un incendio o una alarma de humo, protegiendo así la central de almacenamiento de energía y minimizando los daños en los equipos y los bienes.

El diseño de la protección contra incendios de BESS se lleva a cabo teniendo en cuenta los siguientes aspectos:

(1) Supervisión en tiempo real de la temperatura de funcionamiento del sistema de baterías, del sistema PCS y del sistema de distribución de energía. Si se produce una anomalía grave en la temperatura, se activará una alarma o, incluso, el sistema dejará de funcionar.

(2) Se eligen materiales ignífugos para los equipos, las cajas de baterías, los armarios y los cables.

(3) Se eligen paneles sándwich de poliuretano y metal ignífugos, con un espesor de 50 mm y una resistencia al fuego de al menos 1 hora.

(4) En el interior del contenedor hay instalado un sistema integrado de extinción por gas, de funcionamiento manual y automático. El agente extintor es el heptafluoropropano (HFC-227ea) y se utilizan extintores de polvo seco. El sistema de heptafluoropropano tipo armario está instalado en el compartimento de la batería, y el extintor de polvo seco está instalado en el compartimento del PCS.

(5) Todo el sistema cuenta con un diseño de interconectado contra incendios. Cuando el controlador contra incendios emite una señal de alarma, el sistema de almacenamiento de energía y los sistemas de ventilación y disipación de calor dejan de funcionar para garantizar que el sistema de extinción de incendios pueda extinguir los incendios con normalidad.

3.8 Contenedor

Este proyecto se suministra en forma de contenedores y requiere una integración en el sistema. En esta fase se suministran un total de 2 baterías de almacenamiento de energía BESS. El contenedor debe ofrecer una excelente facilidad de mantenimiento y sustitución para facilitar el mantenimiento, la reparación y la sustitución de los equipos.

3.8.1 Requisitos generales

(1) El grado de protección del contenedor no debe ser inferior a IP54 y debe tener una capacidad de elevación a plena carga ilimitada durante toda su vida útil (25 años).

(2) El contenedor debe estar pintado de manera uniforme. El logotipo del exterior del contenedor puede pintarse según los requisitos del propietario.

(3) Autoconsumo: El índice de autoconsumo del equipo durante el funcionamiento del sistema debe ser bajo, garantizando que la potencia máxima de autoconsumo no supere los 15 kW en condiciones de temperatura extrema.

(4) Impermeabilidad: La parte superior del contenedor no debe acumular agua, presentar fugas ni filtraciones; los laterales del contenedor no deben permitir la entrada de lluvia; y la parte inferior del contenedor no debe presentar fugas de agua.

(5) Aislamiento térmico: Los mamparos y las puertas prefabricados deben estar provistos de medidas de aislamiento térmico. En condiciones ambientales en las que la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del contenedor sea de 55 ℃, el coeficiente de transferencia térmica debe ser inferior o igual a 1,5 W/(m²·℃). (6) Resistencia a la corrosión: El aspecto, la resistencia mecánica y la resistencia a la corrosión de la cabina prefabricada garantizan que cumple los requisitos para 25 años de uso práctico.

(7) Resistencia al fuego: La estructura exterior, los materiales de aislamiento térmico y los materiales decorativos internos y externos de la cabaña prefabricada están fabricados con materiales ignífugos.

(8) Resistencia a la arena: La cabina prefabricada cuenta con capacidad para retener la arena; en condiciones de ventilación natural, el volumen de entrada de aire fresco es ≥20% y la tasa de retención de arena es ≥99%.

(9) Resistencia sísmica: En condiciones de transporte y de terremoto, la resistencia mecánica de la cabina prefabricada y de su equipamiento interno cumple los requisitos, y no se producen deformaciones, anomalías funcionales ni fallos de funcionamiento tras la vibración.

(10) Protección contra los rayos UV: Las propiedades de los materiales del interior y el exterior de la cabina prefabricada no se deteriorarán debido a la radiación ultravioleta, y no absorberán el calor de los rayos ultravioleta. La conversión de la corriente continua (CC) almacenada en corriente alterna (CA) permite alimentar el funcionamiento de las cargas pertinentes dentro de la comunidad. El BMS supervisa en tiempo real la tensión, la corriente y la temperatura del sistema de almacenamiento de baterías. Al transmitir esta información clave al EMS, este coordina y gestiona el proceso de carga y descarga del sistema de almacenamiento de energía, evitando problemas de sobretensión, subtensión y sobrecorriente, y también proporciona una gestión del equilibrio de carga y descarga.

3.8.2 Configuración del equipo BESS

(1) Interfaz de instalación de la batería (PACK)

El contenedor está equipado con componentes de montaje del bastidor de baterías preinstalados para garantizar una conexión fiable entre el bastidor de baterías y los componentes preinstalados en la placa base del contenedor.

(2) Caja de distribución

La caja de distribución suministra corriente alterna a los equipos eléctricos de CA situados en el interior y se encarga de la distribución de la corriente alterna para el aire acondicionado de la sala de baterías, la iluminación, la protección contra incendios, las luces de emergencia y las tomas de corriente internas y externas del armario;

(3) Sistema de control de temperatura

El contenedor debe contar con medidas eficaces para regular y controlar la temperatura ambiente en el interior del compartimento. Las medidas adoptadas deben minimizar el consumo energético para garantizar la máxima capacidad de suministro eléctrico del contenedor. El sistema de aire acondicionado debe poder funcionar de forma continua las 24 horas del día, los 7 días de la semana, con una vida útil de al menos 5 años.

(4) Sistema de seguimiento

El contenedor está equipado con funciones de videovigilancia y alarma magnética en la puerta. El equipo de vídeo garantiza una vigilancia completa del interior del contenedor, lo que permite observar en tiempo real el contenido del mismo. Cuando alguien intenta abrir la puerta del compartimento por la fuerza, el sensor magnético de la puerta genera una señal de alarma de amenaza, que se transmite al sistema de control central a través de una comunicación remota por Ethernet. El usuario debe poder desactivar esta función de alarma.

(5) Sensores de humo y de temperatura

El compartimento está equipado con dispositivos de seguridad, como detectores de humo y sensores de temperatura y humedad. Los sensores de humo y los sensores de temperatura y humedad deben estar interconectados eléctricamente con el interruptor de control del sistema. Una vez detectada una avería, se debe notificar al usuario mediante alarmas acústicas y visuales y comunicación a distancia y, al mismo tiempo, se debe apagar el sistema de baterías de litio en funcionamiento.

En función de la disposición de los contenedores, algunos de ellos están equipados con un servidor de monitorización dinámica del entorno, que recopila información sobre la protección contra incendios y los datos de los sensores de temperatura y humedad de este compartimento y de los compartimentos adyacentes. El servidor de monitorización dinámica del entorno está conectado a la pantalla del sistema de control auxiliar inteligente situada en el compartimento de control principal mediante un cable de par trenzado apantallado de categoría 5.

(6) Iluminación de los compartimentos

El compartimento está equipado con iluminación y alumbrado de emergencia. Las lámparas cuentan con funciones a prueba de explosiones. En el contenedor hay instalado un sistema de alumbrado de emergencia. En caso de que el sistema se quede sin suministro eléctrico, las luces de emergencia del contenedor se activarán de inmediato. 3.8.3 Sistema eléctrico del contenedor de almacenamiento de energía

(1) Interruptores y enchufes

Junto a la puerta del contenedor hay instalado un interruptor de control de iluminación, y en el interior del contenedor hay instalada una toma de corriente de cinco orificios. No se permite el suministro eléctrico hasta que se haya conectado el cable de tierra de la toma trifásica (es decir, los enchufes de las líneas L y N no pueden insertarse en la toma sin conectar el cable de tierra). Las tomas de corriente están conectadas a la caja de distribución mediante interruptores automáticos independientes que ofrecen protección contra cortocircuitos, sobrecargas y protección selectiva.

(2) Cables y cableado

Los terminales de cableado de los distintos circuitos de alimentación de la caja de distribución deberán utilizar colores de identificación diferentes (es decir, se utilizan terminales de cableado de colores para identificar los distintos circuitos de alimentación); todos los hilos y cables del sistema de alimentación deberán ser cables ignífugos con aislamiento de polietileno reticulado y marcados con colores diferentes. Los cables cuentan con capas independientes de aislamiento y revestimiento, y su temperatura de funcionamiento admisible a largo plazo no es inferior a 90 ℃. La tensión nominal de resistencia del aislamiento de los hilos y cables es un nivel superior al valor real de la tensión. La sección transversal del conductor neutro y del conductor de tierra del cable no deberá ser inferior a la sección transversal del conductor de fase, y la sección transversal mínima del conductor de fase del cable no deberá ser inferior a 4 mm²; las prestaciones técnicas, la identificación, la seguridad y los métodos de cableado de la caja de distribución deben cumplir los requisitos de las cláusulas más estrictas de las normas nacionales.

3.8.4 Puesta a tierra y protección contra rayos

Los puntos de fijación de los pernos del contenedor están conectados de forma fiable a los conductores no funcionales de todo el contenedor. Al mismo tiempo, el contenedor cuenta con cuatro puntos de puesta a tierra que cumplen con las normas eléctricas más estrictas. Los puntos de puesta a tierra forman una conexión equipotencial fiable con los conductores no funcionales de todo el contenedor.

En la parte superior del contenedor se ha instalado un sistema de protección contra rayos fiable y de alta calidad. El sistema de protección contra rayos está conectado a la red de puesta a tierra en cuatro puntos diferentes mediante barras de acero planas o redondas de puesta a tierra.

3.8.5 Instalación de contenedores de almacenamiento de energía

El contenedor dispone de interfaces para el montaje y la fijación mediante pernos. Una vez colocado, no debe quedar ningún hueco entre la parte inferior del contenedor y los pilares del muelle. 3.8.6 Cables

(1) Selección de cables: Los cables de alimentación de baja tensión deberán ser cables con núcleo de cobre ignífugos; los cables de alimentación de alta tensión deberán ser cables blindados ignífugos; los cables de control que se conecten al sistema de comunicación y supervisión deberán ser cables apantallados; los cables de comunicación deberán ser cables de par trenzado apantallados o cables de fibra óptica.

(2) Tendido de cables: El diseño y el tendido de los cables deberán cumplir los requisitos de la norma GB50217-2007 “Código para el diseño de cables de ingeniería eléctrica”. Cuando se dispongan horizontalmente y se crucen diferentes tipos de cables, la separación entre ellos deberá cumplir los requisitos de la norma.

(3) Protección contra incendios en cables: Se adoptarán medidas para prevenir incendios en los cables y la propagación de las llamas; se sellarán todos los conductos de cables, las aberturas en las paredes y los orificios para cables situados en la parte inferior de los equipos de conmutación y de los paneles de control y protección. Se instalarán tabiques resistentes al fuego en las conexiones de las zanjas de cables entre los distintos niveles de tensión de los dispositivos de distribución de energía y entre las distintas secciones de dichos dispositivos. Se aplicará un revestimiento ignífugo en un radio de 1,5 metros a ambos lados de las particiones resistentes al fuego en la zanja de cables. Una vez tendidos los cables a través de tuberías y paredes, ambos extremos de las tuberías deberán sellarse con materiales ignífugos e impermeables.

4. Sección eléctrica

4.1 Esquema de cableado eléctrico principal

El sistema de conversión de potencia (PCS) es un componente clave para la conversión de CA a CC en el sistema de almacenamiento de energía. Teniendo en cuenta los requisitos específicos de este proyecto, se seleccionó un inversor de cadena de 250 kW. Cada sistema de almacenamiento de energía de 250 kW/1 MWh consta de cuatro módulos de 62,5 kW conectados en paralelo. A continuación, la salida de CA se combina y se conecta al lado de la barra colectora de baja tensión del transformador. En la siguiente figura se muestra el diagrama esquemático principal.

Diagrama esquemático

4.2 Disposición de los equipos eléctricos

Teniendo en cuenta factores como la seguridad, la construcción, el funcionamiento, el mantenimiento y el uso del suelo, y en consonancia con el esquema de disposición del conjunto de baterías, el sistema de almacenamiento de energía se ha diseñado con dos unidades de almacenamiento de energía y una unidad de conversión de potencia.

4.3 Protección contra rayos y puesta a tierra

4.3.1 Protección contra los rayos

Se instalan protectores contra sobretensiones tanto en la entrada del PCS como en el lado de corriente continua para proteger contra las sobretensiones provocadas por descargas atmosféricas directas e indirectas u otras sobretensiones transitorias.

La estación de almacenamiento de energía consta de tres contenedores sin equipos eléctricos en el exterior. De acuerdo con la norma GB50057-2010 “Código de diseño de la protección contra rayos para edificios”, sección 5.3.7, se cumplen los requisitos de diseño para edificios con protección contra rayos de clase II.

La puesta a tierra de protección consiste principalmente en la puesta a tierra de seguridad de la carcasa de la unidad contenedor. Esto crea una buena conexión conductora entre las partes metálicas del sistema que normalmente no están bajo tensión y la tierra, lo que protege el equipo y garantiza la seguridad del personal. El armario de almacenamiento de energía cuenta con un punto de puesta a tierra externo, y en el interior del contenedor se ha instalado una barra colectora de puesta a tierra. La puesta a tierra de protección contra rayos, como parte de las medidas de protección contra rayos, sirve para desviar las sobretensiones a través del pararrayos hacia la tierra. La protección contra rayos de los equipos eléctricos consiste principalmente en conectar un extremo del pararrayos al equipo protegido y el otro extremo al dispositivo de puesta a tierra. Cuando se produce un impacto directo de rayo, el pararrayos desvía la sobretensión resultante hacia sí mismo, y la corriente de sobretensión entra en tierra a través de su conductor de bajada y del dispositivo de puesta a tierra, evitando así daños en los equipos eléctricos o que se ponga en peligro la seguridad personal. En este esquema, se instalan pararrayos tanto de CA como de CC en el interior del contenedor de almacenamiento de energía, y el sistema de gestión de energía supervisa su estado de fallo.

4.3.2 Puesta a tierra

Según la norma (DL/T621-1997) “Puesta a tierra de instalaciones eléctricas de corriente alterna”, todas las cajas de los equipos eléctricos y demás componentes metálicos que puedan quedar bajo tensión en caso de accidente deben estar conectados a tierra de forma fiable. Los requisitos específicos son los siguientes:

(1) Todos los soportes de los paquetes de baterías están conectados directamente a la red de puesta a tierra para evitar la acumulación de electricidad estática y proporcionar una puesta a tierra de protección a todas las partes conductoras del equipo; todas las carcasas de los equipos están conectadas a la red principal de puesta a tierra mediante cables de puesta a tierra.

(2) La puesta a tierra de protección, la puesta a tierra de trabajo y la puesta a tierra de protección contra sobretensiones utilizan la misma red de puesta a tierra. La red de puesta a tierra se basa en un método de red de puesta a tierra compuesta artificial. La red de puesta a tierra principal de la estación de almacenamiento de energía se compone principalmente de electrodos de puesta a tierra horizontales, complementados con un número adecuado de electrodos de puesta a tierra verticales, formando así una red de puesta a tierra compuesta. Se recomienda utilizar acero plano galvanizado para la red de puesta a tierra principal.

4.4 Tendido de cables

Los cables se instalan mediante conductos o bandejas portacables. Los requisitos de protección contra incendios y de resistencia al fuego de los cables se aplican de acuerdo con la norma nacional GB50217.

4.5 Suministro eléctrico e iluminación de la estación

4.5.1 Conexión de la fuente de alimentación de la estación y cableado

La alimentación eléctrica y la iluminación (220 V CA) de la estación de almacenamiento de energía se suministrarán a través de la red eléctrica municipal.

4.5.2 Diseño y selección de los equipos de distribución eléctrica de las estaciones

La estación cuenta con una alimentación eléctrica de 220 V CA, y todos los interruptores de alimentación se encuentran en el compartimento del inversor del sistema de almacenamiento de energía. Los disyuntores de la caja de distribución son todos de marcas de alta calidad. El principio de alimentación eléctrica es el siguiente:

Esquema de la fuente de alimentación

4.5.3 Iluminación de la zona de la estación

De acuerdo con el “Reglamento técnico para el diseño de la iluminación de centrales térmicas y subestaciones” DLGJ56-95, se han instalado proyectores en la zona de la estación de almacenamiento de energía, y la alimentación eléctrica se conecta desde la caja de distribución de iluminación de dicha estación.

4.5.4 Iluminación interior del contenedor

El sistema de iluminación de la unidad de almacenamiento de energía consta de iluminación normal e iluminación de emergencia. La iluminación normal del interior del contenedor se alimenta de la red eléctrica, mientras que la iluminación de emergencia cuenta con su propia batería para indicar la vía de evacuación.

Las luminarias LED se utilizan de forma uniforme tanto para la iluminación normal como para la de emergencia en el interior del contenedor. En las puertas de mantenimiento de ambos lados se han instalado luces indicadoras de paso de seguridad e iluminación de evacuación. La iluminancia en cada zona cumple los requisitos del “Reglamento técnico para el diseño de la iluminación de centrales térmicas y subestaciones”.

4.6. Protección eléctrica de la unidad de almacenamiento de energía

Es posible que el lado de corriente continua (CC) de la estación de almacenamiento de energía no requiera dispositivos de protección independientes; la protección del lado de CC puede llevarse a cabo mediante el sistema de conversión de potencia (PCS) y el sistema de gestión de baterías (BMS). La configuración de la protección del lado de CC debe cumplir los siguientes requisitos:

4.6.1 Configuración de la protección de la unidad de almacenamiento de energía

La protección de la unidad de almacenamiento de energía corre principalmente a cargo del sistema de gestión de la batería (BMS). El BMS debe supervisar de forma exhaustiva el estado de funcionamiento de la batería, incluyendo la tensión, la corriente, la temperatura y el estado de carga de cada una de las celdas o módulos, así como del sistema de baterías en su conjunto, y emitir alertas en caso de incidente. El BMS debe proteger de forma fiable el conjunto de baterías y contar con funciones como protección contra sobretensión, protección contra subtensión, protección contra sobrecorriente, protección contra sobrecalentamiento y supervisión del aislamiento de corriente continua.

4.6.2 Configuración de la protección de la unidad de conexión de corriente continua

La unidad de conexión de CC se refiere a la conexión entre el paquete de baterías y el PCS, e incluye principalmente cables de CC y disyuntores (seccionadores) de CC. Se debe instalar un disyuntor en el lado de salida del paquete de baterías, y se puede instalar un seccionador en el lado de CC del PCS. La protección de esta sección no se configura de forma independiente; se consigue principalmente mediante la protección de la unidad de almacenamiento de energía, que dispara el disyuntor en el lado de salida del paquete de baterías.

5. Sección del sistema secundario

5.1 Sistema de gestión energética (EMS)

5.1.1 Principios de diseño

(1) La estación de almacenamiento de energía está diseñada según el modelo de “funcionamiento autónomo con supervisión humana”.

(2) El control secundario de la estación de almacenamiento de energía utiliza un sistema de supervisión informático.

(3) El sistema de automatización integrado presenta una estructura abierta, jerárquica y distribuida.

5.1.2 Presentación del sistema

El Sistema de Gestión Energética (EMS), basado en los requisitos del sistema y en el modo de funcionamiento de la central de almacenamiento de energía, lleva a cabo la supervisión y regulación automáticas en tiempo real de equipos eléctricos como la propia central de almacenamiento de energía y el sistema de suministro de energía de control. Asimismo, integra el PCS de almacenamiento de energía y el software de supervisión de baterías en el sistema inteligente de control y despacho, proporcionando funciones de supervisión tanto de la propia batería como del PCS. La plataforma de supervisión del sistema de almacenamiento de energía en baterías se utiliza para supervisar y controlar dicho sistema, coordinar su funcionamiento y su acceso a la red, y hacer posible su aplicación. Además de las tres funciones remotas convencionales (telemetría, telecontrol y teleindicación), el sistema de monitorización de almacenamiento de energía cuenta con diversos modos de aplicación según las diferentes necesidades de control, como las funciones de reducción de picos y de relleno de valles.

El sistema de monitorización del almacenamiento de energía en baterías adopta un esquema de control jerárquico y distribuido, que suele incluir tres partes principales: la capa de monitorización, la capa de control y la capa de monitorización local. La capa de monitorización se encarga principalmente de la gestión de las comunicaciones, la adquisición de datos, el procesamiento de datos y la gestión de operaciones. La capa de control coordinado lleva a cabo las funciones de control coordinado a nivel del sistema y envía órdenes de control de potencia al controlador local para lograr el control de potencia de cada inversor. La capa de supervisión local consta de un sistema de supervisión y control local, que supervisa el estado en tiempo real del PCS, las baterías y el sistema de distribución de energía, y envía rápidamente las órdenes de control de nivel superior a cada unidad de control.

5.1.2.1 Descripción funcional

(1) Adquisición de datos en tiempo real

a) Datos del BMS: Los datos de la batería en tiempo real se recogen mediante un bus CAN. El BMS envía los datos de cada celda de la batería al EMS en paquetes. El EMS descomprime los datos y los almacena en la base de datos. El sistema analiza el estado de tensión de las celdas de la batería en tiempo real, emite alertas tempranas sobre la vida útil de la batería y toma las medidas correspondientes para reducir su degradación.

b) Datos del PCS: Los datos del PCS se recogen de acuerdo con el protocolo de comunicación del PCS. Los datos recopilados incluyen la tensión, la corriente y la potencia en el lado de CC; la potencia activa, la potencia reactiva, la tensión trifásica, la corriente trifásica, la frecuencia, el factor de potencia, el estado de funcionamiento, la eficiencia de conversión, la información sobre alarmas y fallos, y otra información habitual en el lado de CA, así como la energía de entrada diaria, la energía de salida diaria, la energía de entrada acumulada y la energía de salida acumulada.

c) Datos del interruptor: El interruptor de relé está conectado a la señal del contacto de la puerta. Tanto cuando la puerta está abierta como cerrada, el relé monocanal convierte la señal eléctrica en una señal digital y, a continuación, transmite dicha señal digital al EMS a través de RS485 para enviar notificaciones de alarma y aviso.

d) Datos medioambientales: Los datos de los sensores de temperatura y humedad, o los datos de los sensores inalámbricos de temperatura de las barras colectoras, se recogen a través de RS485.

6. Obras de ingeniería civil

6.1 Resumen general

6.1.1 Descripción general del sitio

El proyecto se encuentra en xxxx. El emplazamiento está situado a 50 metros a la izquierda de la entrada de la puerta sur (4,2 m de ancho y 3,5 m de alto) (los cimientos se asientan sobre terreno firme). Se accede a él por una carretera (de 2,5 m de ancho, con una zona de césped de 2,7 m de ancho). La zona circundante fuera de la valla está formada por árboles y praderas.

6.2 Distribución general y transporte

6.2.1 Planificación general

Este plan de proyecto se ha diseñado basándose en los principios de seguridad científica, protección del medio ambiente y conservación del territorio, con el objetivo de reducir al máximo el plazo de construcción del cliente. El sistema de almacenamiento de energía adopta un diseño modular estándar, integrado en tres cabinas prefabricadas, dispuestas de manera uniforme para facilitar su instalación, transporte, mantenimiento y ampliación.

6.2.2 Disposición general

Las cabinas prefabricadas están dispuestas a ambos lados a lo largo del terreno. La cabina PCS se encuentra más cerca de la sala de distribución eléctrica para facilitar la conexión de las líneas a dicha sala.

6.2.3 Disposición vertical

El drenaje del emplazamiento se realizará mediante zanjas de drenaje de hormigón construidas alrededor del sistema de almacenamiento de energía, cerca de los muros de corte, y conectadas a un pozo de recogida central.

6.2.4 Transporte

El emplazamiento se encuentra a 50 m a la izquierda de la entrada de la puerta sur (4,2 m de ancho y 3,5 m de alto) (los cimientos se asientan sobre terreno firme) y es accesible por una carretera (2,5 m de ancho, con una zona de césped de 2,7 m de ancho). Está previsto utilizar una grúa para elevar las cabinas prefabricadas hasta la ubicación designada (los cálculos preliminares indican que se necesita una grúa de 35 toneladas para la elevación in situ).

6.2.5 Superficie del emplazamiento

El sistema de almacenamiento de energía está construido sobre una base de hormigón, con suelo firme debajo del hormigón. La superficie total abarca aproximadamente 200 m².

6.3 Edificios y estructuras de las estaciones de almacenamiento de energía

6.3.1 Sección de edificación

Todos los equipos de este proyecto están integrados en cabinas prefabricadas con una vida útil de 25 años; no se construirán nuevos edificios.

6.3.2 Sección estructural

(1) Cimientos para cabañas prefabricadas

Los cimientos se realizarán mediante una losa de cimentación de hormigón armado, de acuerdo con las normas de diseño de la obra. Clase de resistencia del hormigón: C35; clase de resistencia del acero de armadura: HRB400.

(2) Cimentación de un muro de contención

Los cimientos del muro de contención consisten en una zapata de hormigón armado.

(3) Tratamiento de cimientos

La construcción se llevará a cabo por tramos, de acuerdo con el plan de obra. La densidad de compactación deberá comprobarse según las especificaciones o los requisitos de diseño. Solo se podrá pasar a la siguiente fase una vez que se hayan cumplido los requisitos. Bajo la cimentación de losa se instalan pilotes C30 perforados e inyectados con un diámetro de 600 mm. Los pilotes se disponen de forma dispersa para controlar el asentamiento. La longitud efectiva de los pilotes es de aproximadamente 10-20 m, con un total de unos 50 pilotes.

6.4 Calefacción y ventilación

Este proyecto se encuentra en una zona sin calefacción, por lo que no se ha diseñado ningún sistema de calefacción central. En los espacios que requieren control de temperatura y humedad tanto en invierno como en verano, se han instalado sistemas de aire acondicionado y ventilación.

Cada compartimento de baterías cuenta con su propio sistema de climatización independiente.

6.5 Abastecimiento de agua y alcantarillado

Para evitar que el agua se filtre en la zanja durante los periodos de lluvia y nieve, lo que podría provocar la corrosión de los equipos, es necesario construir un muro de hormigón de 300 mm de ancho y 1.300 mm de altura a lo largo del perímetro de la zanja de cimentación. En la parte superior se empotra un conducto para cables de 100 mm de diámetro y 2 mm de grosor, con los extremos abocinados. Una vez instalado el cable, el conducto debe sellarse con algodón empapado en aceite u otro material resistente al fuego. Tanto la superficie interior como la exterior deben recubrirse con una capa impermeabilizante de mortero de cemento en proporción 1:2,5, de 20 mm de espesor, asegurándose de que el mortero ocupe todo el espacio y no queden huecos. Se instala una escalera de acero en el muro de contención. Los dos soportes verticales de la escalera son dos barras de acero de Φ22 de grado 3, y los peldaños son barras de acero de Φ14 de grado 2 con una separación de 200 mm. En la parte inferior se instala una canaleta de recogida de agua que se conecta a una tubería de drenaje preembutida.

7. Protección contra incendios

7.1 Principios de diseño de la protección contra incendios

El diseño de protección contra incendios de este proyecto deberá cumplir con la Ley de Protección contra Incendios de la República Popular China y con las políticas y normativas nacionales pertinentes. Se aplicará la política de protección contra incendios de “prioridad a la prevención, combinando prevención y extinción”, con el objetivo de lograr la autoprotección y el autorrescate, prevenir y reducir los riesgos de incendio, y garantizar la seguridad de las personas y los bienes. Se adoptarán diversas medidas eficaces de protección contra incendios que cumplan los requisitos de los distintos edificios e instalaciones, utilizando tecnologías de protección contra incendios avanzadas, razonables, económicas y fiables. En el diseño de la distribución, el diseño de los procesos y la selección de materiales, deberán respetarse estrictamente las normas, reglamentos y especificaciones pertinentes en materia de seguridad contra incendios.

7.2 Especificaciones de obra

Los principales equipos de este proyecto consisten en baterías y un sistema PCS. La clasificación de riesgo de incendio y el índice de resistencia al fuego del edificio para este proyecto deberán cumplir estrictamente con la norma GB51048-2014 “Código de diseño para centrales de almacenamiento de energía electroquímica” y la norma GB50016-2014 “Código de diseño de protección contra incendios de edificios”.

Artículo 11.1.3 de la norma GB51048-2014 El “Código de diseño para centrales de almacenamiento de energía electroquímica” establece que la clasificación de riesgo de incendio de los equipos de baterías de iones de litio para uso en exteriores es de Clase E (la Clase E se refiere a materiales no combustibles), lo cual se ajusta al artículo 6.3 de la norma Q/GDW 11265-2014 “Normativa técnica para el diseño de centrales de almacenamiento de energía con baterías”.

7.3 Protección contra incendios en baterías

Las medidas de protección contra incendios para las baterías situadas en el interior del contenedor se basan principalmente en un sistema automático de extinción de incendios de heptafluoropropano. Las líneas eléctricas de protección contra incendios están ocultas dentro de estructuras incombustibles o protegidas por conductos metálicos, y todos los cables son ignífugos. Las medidas de protección contra incendios para los cables incluyen el sellado, el bloqueo y el aislamiento. Se utilizan materiales de sellado resistentes al fuego para sellar herméticamente los puntos de entrada y salida de los cables en los dispositivos de distribución y las zanjas de cables.

El sistema automático de extinción de incendios con heptafluoropropano es un moderno dispositivo inteligente de extinción automática que integra la extinción con gas, el control automático y la detección de incendios. Cumple con los requisitos de la norma DBJ15-23-1999 “Especificaciones de diseño para sistemas de extinción de incendios con agente limpio de heptafluoropropano (HFC-227ea)” y de la norma ISO 14520-9 “Sistemas de extinción de incendios con gas: propiedades físicas y diseño del sistema”. Este sistema destaca por su diseño avanzado, su rendimiento fiable, su sencillo funcionamiento y su respeto por el medio ambiente.

El sistema de protección contra incendios consta de un controlador de alarma contra incendios/cuadro de control de extinción por gas, detectores de humo, detectores de calor, alarmas acústicas y luminosas, campanas de alarma, luces indicadoras de descarga, botones manuales de arranque/parada de emergencia, dispositivos de extinción de incendios para el armario de equipos (incluidos cilindros de almacenamiento de agente extintor, dispositivos de accionamiento electromagnético y dispositivos de señalización de presión), accesorios del armario de equipos (boquillas, mangueras de alta presión) y dispositivos de extinción de incendios para el armario de alimentación eléctrica (incluidos cilindros de almacenamiento de agente extintor, dispositivos de accionamiento electromagnético y dispositivos de señalización de presión).

Este proyecto se basa en el aprovechamiento eficiente del espacio de los contenedores, por lo que se ha adoptado un diseño especial:

(1) Teniendo en cuenta la disposición de los equipos en el interior del contenedor, el método de extinción de incendios consiste en un sistema de extinción por inundación total. En el tiempo especificado, se pulveriza en el contenedor una cantidad prevista de heptafluoropropano, lo que garantiza que este llene de manera uniforme todo el contenedor;

(2) Debido a la altura limitada del interior del contenedor, el armario de gas de heptafluoropropano se fija directamente en su interior;

(3) El método de activación utiliza un dispositivo de válvula electromagnética. Este dispositivo debe desmontarse durante el transporte y solo puede instalarse una vez que el contenedor se haya colocado en su posición fija, se haya completado toda la puesta en servicio y se haya puesto en funcionamiento normal.

7.4 Protección contra incendios eléctricos

El compartimento PCS está equipado con detectores de humo y calor, y en la entrada del mismo hay extintores portátiles.

Iluminación de emergencia: En el interior del contenedor hay pasillos de seguridad, y en las entradas y salidas del contenedor hay señales de evacuación con iluminación.

7.5 Sistema de alarma y control contra incendios

El sistema de alarma contra incendios y de control de interconexiones se ha diseñado de acuerdo con los requisitos pertinentes de la norma GB500116-2013 “Código para el diseño de sistemas automáticos de alarma contra incendios”.

El equipo del sistema automático de alarma contra incendios instalado en el contenedor incluye un controlador de alarma contra incendios, detectores, módulos de control, módulos de señalización y pulsadores de alarma manuales. Supervisa las señales de alarma contra incendios en todas las zonas del sistema y puede aplicar un control de interconectado automático de cada unidad de almacenamiento de energía de acuerdo con los requisitos de protección contra incendios. El controlador de alarma contra incendios cuenta con indicadores del estado de funcionamiento de los equipos controlados y botones de accionamiento manual.

Se seleccionan los detectores de humo y calor, y se instalan pulsadores manuales de alarma y alarmas acústicas y luminosas. Cuando se activa un detector o un pulsador manual de alarma, la central de alarma contra incendios emite una señal de alarma acústica y visual, muestra la dirección del punto de alarma e imprime la hora de la alarma, la dirección del punto de alarma y otra información relevante. La alimentación eléctrica normal de funcionamiento de la central de alarma contra incendios es de 220 V CA.

8. Protección del medio ambiente y seguridad en la producción

8.1 Protección del medio ambiente

8.1.1 Campos electromagnéticos

(1) Normas sobre campos electromagnéticos que cumple la central eléctrica de almacenamiento de energía

El límite de intensidad del campo electromagnético de alta frecuencia (0,1-500 MHz) se ha tomado de los valores más seguros recogidos en la “Norma de salud sobre ondas electromagnéticas ambientales” GB9175-88, la “Norma de protección contra la radiación electromagnética” GB8702-88, “Métodos y normas para la evaluación del impacto ambiental de la radiación electromagnética” (HJ/T10.3-1996) y “Especificaciones técnicas para la evaluación del impacto ambiental de la radiación electromagnética en proyectos de transmisión y transformación de ultraalta tensión de 500 kV” (HJ/T24-1998): <5 V/m.

En el caso de los campos electromagnéticos de frecuencia industrial (50 Hz), según las “Especificaciones técnicas para la evaluación del impacto ambiental de la radiación electromagnética de los proyectos de transmisión y transformación de ultraalta tensión de 500 kV” HJ/T24-1998, la intensidad del campo de frecuencia industrial es <4 kV/m y la intensidad de inducción del campo magnético es <0,1 mT. La norma sobre interferencias de radio, según las “Especificaciones técnicas para la evaluación del impacto ambiental de la radiación electromagnética de los proyectos de transmisión y transformación de ultraalta tensión de 500 kV” HJ/T24-1998, no debe superar los 55 dB(μV/m) en condiciones meteorológicas despejadas y a una frecuencia de ensayo de 0,5 MHz.

8.1.2 Ruido

Este proyecto controla estrictamente los niveles de ruido durante la selección de los equipos. Todos los equipos de ventilación y refrigeración utilizan ventiladores de bajo nivel de ruido para garantizar que el nivel de ruido a 1 metro del recinto, durante el funcionamiento normal, sea inferior a 70 decibelios.

8.1.3 Emisiones contaminantes

Las emisiones contaminantes incluyen el vertido de aguas residuales y el vertido de residuos sólidos.

Durante el periodo de construcción, las aguas residuales consistirán principalmente en aguas residuales de obra y aguas residuales domésticas generadas por el personal de obra. Las aguas residuales de obra deberán verterse de forma ordenada, de acuerdo con el proyecto de organización de la obra correspondiente; dado que este proyecto se encuentra junto a la subestación, las aguas residuales domésticas se verterán utilizando las instalaciones de la propia subestación.

Los residuos sólidos generados durante el periodo de construcción consisten principalmente en residuos de obra y residuos domésticos. Es obligatorio retirar y eliminar los residuos a medida que se generen, con el fin de evitar que el viento los disperse y contaminen el entorno. 8.2 Seguridad laboral

8.2.1 Análisis de los principales factores de riesgo

(1) Análisis de los factores de riesgo durante la construcción

Durante la construcción de este proyecto de almacenamiento de energía, los tipos de trabajo que con mayor probabilidad pueden provocar accidentes laborales son: el trabajo en altura, las operaciones de transporte y elevación, y los trabajos eléctricos. A continuación se identifican los factores de riesgo asociados a estos tres tipos de trabajo.

① Entre los posibles factores de riesgo del trabajo en altura se incluyen:

Medidas de protección insuficientes, trabajar con vientos fuertes y caída de equipos.

② Entre los posibles factores de riesgo en las operaciones de transporte y elevación se incluyen:

Uso no autorizado, cables de elevación rotos, sobrecarga, estabilizadores desequilibrados, ángulo de elevación excesivo, funcionamiento cruzado, ganchos rotos, ganchos mal sujetos, errores de manejo, interruptores de límite defectuosos, órdenes incorrectas y elevación con vientos fuertes.

③ Entre los posibles factores de riesgo en los trabajos eléctricos se incluyen:

Falta de protección contra fugas, funcionamiento no autorizado, fugas en los equipos, arco eléctrico, soldadura sin equipo de protección,

varias máquinas conectadas a un mismo conmutador, cableado dañado, falta de medidas de protección, aislamiento de los cables dañado, fuentes de alimentación de los equipos incompatibles y descargas eléctricas durante las tormentas.

8.2.2 Principales medidas preventivas

(1) Medidas de diseño para la prevención de incendios

Una vez finalizada la construcción y puesta en funcionamiento de la central de almacenamiento de energía, el riesgo de incendio proviene principalmente de la posibilidad de que se produzcan incendios y de los posibles riesgos de explosión derivados de las baterías y otros materiales inflamables. Para reducir este riesgo, deben adoptarse las siguientes medidas en la fase de diseño:

① La distancia mínima entre los módulos prefabricados en este proyecto no deberá ser inferior a lo establecido en el “Código de diseño de protección contra incendios para centrales térmicas y subestaciones” vigente (GB 50229-2006) y el “Código de diseño de protección contra incendios de edificios” (GB 50016-2014), manteniendo una distancia de seguridad contra incendios.

② Las sustancias peligrosas y los materiales inflamables y explosivos deben almacenarse en cantidades limitadas, sin superar los límites establecidos, y no deben mezclarse con otros artículos. Deben almacenarse en almacenes específicos.

(2) Medidas preventivas durante la construcción

Durante la construcción de la central de almacenamiento de energía, los principales riesgos son las descargas eléctricas, las lesiones mecánicas, las quemaduras, el ruido, la caída de objetos, el derrumbe de la zanja de cimentación, las altas temperaturas y el frío. Para garantizar la salud y la seguridad del personal, así como una producción segura, debe designarse claramente al responsable en caso de accidente durante la construcción, deben aplicarse diversas medidas de seguridad en la obra y deben respetarse estrictamente los requisitos técnicos de seguridad en la construcción.

8.2.3 Factores de seguridad laboral

(1) Medidas de seguridad personal

La disposición de los equipos de distribución eléctrica de la central de almacenamiento de energía deberá cumplir con los procedimientos de seguridad pertinentes.

(2) Medidas de seguridad contra descargas eléctricas

Para cumplir los requisitos de seguridad del personal y los equipos durante el funcionamiento, el diseño de la central de almacenamiento de energía debe respetar las distancias de seguridad de los distintos equipos eléctricos. Las cajas de los equipos de conmutación deberán estar conectadas a tierra de forma fiable. Para garantizar un funcionamiento seguro, los equipos eléctricos de alta tensión deberán estar equipados con dispositivos de enclavamiento completos que impidan el funcionamiento incorrecto, y dichos dispositivos no podrán ser puestos fuera de servicio de forma arbitraria.

(3) Valores de intensidad de los campos electromagnéticos y medidas de protección para el personal

La central de almacenamiento de energía deberá cumplir con las normas sanitarias pertinentes en materia de ondas electromagnéticas, y los valores de intensidad del campo electromagnético deberán ser inferiores a los límites establecidos en las normas nacionales sobre exposición laboral y exposición pública.

9. Condiciones de obra y plan de transporte de maquinaria pesada

9.1 Plan general de construcción

9.1.1 Construcción de cimientos

Los cimientos de este proyecto tienen una profundidad de enterramiento reducida y no cuentan con fosas de cimentación profundas. La fabricación de las barras de armadura debe realizarse de acuerdo con los planos, prestando especial atención a garantizar el espesor de la capa protectora de la capa inferior de barras de armadura y utilizando separadores para asegurar la separación entre las capas superior e inferior de barras de armadura. Las uniones de las barras de refuerzo deben atarse firmemente punto por punto, y cualquier aflojamiento provocado por las fases posteriores de la obra debe volver a atarse.

La parte vista adopta un acabado de hormigón a la vista. Se utiliza hormigón comercial y la construcción se lleva a cabo siguiendo el proceso de construcción con grandes volúmenes de hormigón, con una vibración exhaustiva para evitar defectos en la calidad de la superficie.

9.1.2 Elevación de equipos

(1) Selección de grúas

La grúa debe seleccionarse en función de una capacidad de elevación que no supere las 90% de la capacidad de elevación nominal máxima de una grúa sobre camión o las 70% de la capacidad de elevación nominal máxima de una grúa sobre orugas, con un radio de elevación no inferior a 15 m. Los cálculos preliminares indican que se necesita una grúa de 35 toneladas para realizar la elevación.

(2) Plan de elevación

Para la elevación y el transporte se utilizará la carretera situada al este de la zona de la estación. La secuencia de elevación se realizará de norte a sur. Si se utiliza una grúa sobre orugas, el vehículo de transporte del equipo podrá aparcarse en la vía de acceso, y la grúa que transporta la carga podrá colocar e instalar el equipo. Se colocarán tablones de madera sobre la superficie de la carretera para protegerla. Si se utiliza una grúa móvil, se podrán establecer puntos de elevación en las zonas norte, central y sur, en función de la capacidad de elevación de la grúa. A continuación, los vehículos de transporte de equipos trasladarán el equipo a los puntos de elevación más convenientes.