Conceção de um sistema de armazenamento de energia em baterias de 500 kW/2 MWh

Este documento apresenta uma solução técnica para um sistema de armazenamento de energia com baterias de fosfato de ferro e lítio de 500 kW/2 MWh, descrevendo de forma sistemática a abordagem global e o roteiro técnico, desde o planeamento e a conceção até à implementação. Abrange a visão geral do projeto, os fundamentos de conceção e os princípios técnicos fundamentais. O documento analisa o estado atual do consumo comercial de eletricidade e as tendências de evolução da carga, propõe um esquema razoável de integração do sistema e uma escala de construção adequada, e verifica o impacto do sistema de armazenamento de energia na segurança e fiabilidade da rede de distribuição de energia existente através de cálculos da corrente de curto-circuito. Com base nisso, a solução detalha a seleção e o projeto de integração no sistema de equipamentos-chave, tais como baterias de armazenamento de energia, PCS, BMS e EMS. Fornece ainda uma avaliação abrangente dos aspetos elétricos, dos sistemas secundários, da engenharia civil, da proteção contra incêndios, da proteção ambiental e da segurança no trabalho, garantindo que o projeto cumpre as normas relevantes e os requisitos operacionais em termos de segurança, fiabilidade, economia e sustentabilidade, proporcionando uma base técnica para a construção harmoniosa e o funcionamento estável a longo prazo da central de armazenamento de energia.

1. Descrição geral

1.1 Bases de projeto

1) GB/T 36547-2018 Especificações técnicas para a ligação à rede de sistemas de armazenamento de energia eletroquímica

2) GB/T 36545-2018 Requisitos técnicos para sistemas móveis de armazenamento de energia eletroquímica

3) GB/T 36548-2018 Especificações de ensaio para a ligação à rede de sistemas de armazenamento de energia eletroquímica

4) Q/GDW 11725-2017 Especificações relativas ao nível de detalhe do projeto de sistemas de armazenamento de energia ligados a redes de distribuição

5) Q/GDW 36547-2018 Especificações Técnicas para a Ligação à Rede de Sistemas de Armazenamento de Energia Eletroquímica

6) Q/GDW 36276-2018 Baterias de iões de lítio para armazenamento de energia

7) Q/GDW 36549-2018 Indicadores operacionais e avaliação de centrais de armazenamento de energia eletroquímica

8) Q/GDW 36558-2018 9) Condições Técnicas Gerais para Sistemas de Armazenamento de Energia Eletroquímica em Redes Elétricas

10) Q/GDW 10769-2017 Orientações Técnicas para Centrais de Armazenamento de Energia Eletroquímica

11) GB/T 34133-2017 Especificações técnicas para conversores de armazenamento de energia

12) GB/T 34131-2017 Especificações técnicas para sistemas de gestão de baterias de iões de lítio destinadas a centrais de armazenamento de energia eletroquímica

13) GB/T 34120-2017 Especificações técnicas para conversores de armazenamento de energia em sistemas de armazenamento de energia eletroquímica

14) Q/GDW 10696-2016 Especificações de controlo de funcionamento para sistemas de armazenamento de energia eletroquímica ligados a redes de distribuição

15) Q/GDW 10676-2016 Especificações de ensaio para sistemas de armazenamento de energia eletroquímica ligados a redes de distribuição

16) NB/T 1816-2018 Orientações de codificação para sistemas de identificação de centrais de armazenamento de energia eletroquímica

17) NB/T 1815-2018 17) NB/T 42090-2016 Especificação Técnica para o Sistema de Monitorização de Centrais Elétricas de Armazenamento de Energia Eletroquímica

18) NB/T 42089-2016 Especificação Técnica para o Sistema de Conversão de Energia de uma Central Elétrica de Armazenamento de Energia Eletroquímica

1.2 Visão geral do projeto

1.2.1 Condições naturais do projeto

(1) Localização do projeto

O local do projeto situa-se a 50 m à esquerda do portão sul do sistema de armazenamento de energia (o solo por baixo da fundação é solo firme). É acessível por estrada (estrada com 2,5 m de largura, prado com 2,7 m de largura) e está rodeado por árvores e prados fora da vedação.O local do projeto situa-se entre edifícios. Fica a cerca de 200 metros da estrada, com boas ligações de transportes.

1.3 Principais princípios técnicos

Este projeto consiste num sistema de armazenamento de energia com baterias de fosfato de ferro e lítio de 500 kW/2 MWh, dividido em duas linhas de 250 kW/1 MWh ligadas ao lado da carga da sala de distribuição de energia. A disposição geral adota um esquema de unidades funcionais em contentores e foi concebida de forma modular, consistindo em 2 compartimentos de baterias e 1 compartimento para o PCS.

2. Visão geral do sistema

2.1 Visão geral do consumo de energia no setor comercial

Com base no levantamento realizado no local, a topologia do sistema de alimentação elétrica comercial é a seguinte: Linha de entrada de alta tensão de 10 kV com duas linhas → Quadro de distribuição de média tensão (10 kV) → Transformadores (10 kV/0,4 V, 2 x 2 000 kVA) → Quadro de baixa tensão (400 V).

Pontos de medição: É utilizada uma alimentação de alta tensão e um sistema de medição de alta tensão. Está instalado um contador de energia trifásico em cada um dos dois lados de alta tensão de 10 kV para medir a energia dos dois transformadores.

2.2 Condições de carga e previsão

Consumo de energia real atual: Transformador #1, potência instalada de 2000 kVA, carga real de 50 kW, fator de carga de 2,5%. Transformador #2, capacidade instalada de 2000 kVA, carga real de 150 kW, fator de carga de 7,5%. Ambos os transformadores se encontram sob baixa carga. Tendo em conta o futuro funcionamento do complexo comercial, a carga aumentará significativamente. Entretanto, devido à diferença significativa entre os preços da eletricidade em horário de pico e fora de pico na área, está a ser considerada a adição de um sistema de armazenamento de energia de 250 kW/1 MWh a cada um dos lados de baixa tensão dos transformadores #1 e #2, num total de 500 kW/2 MWh.

O sistema de armazenamento de energia pode implementar estratégias de controlo específicas com base nos preços locais da eletricidade em função da hora de consumo e nas condições reais de carga: carregando durante as horas de menor consumo, das 23:00 às 7:00, e descarregando durante as horas de pico, das 11:00 às 13:00 e das 16:00 às 17:00, suavizando assim os picos de carga.

Diagrama esquemático de um sistema de 250 kW/1 MWh

Ponto de ligação à rede do sistema de armazenamento de energia por transformador

Ponto de ligação à rede do sistema de armazenamento de energia por transformador

2.4 Escala de construção

A escala inicial de construção deste projeto consiste em dois sistemas de 250 kW/1 MWh, num total de 500 kW/2 MWh.

2.5 Análise da corrente de curto-circuito

(1) O curto-circuito ocorre na área da central de armazenamento de energia, ou seja, fora do barramento de baixa tensão do transformador.

Neste caso, a impedância de transferência do sistema para o ponto de curto-circuito é superior à registada quando o sistema de armazenamento de energia não está ligado, e a corrente de curto-circuito do lado do sistema é, consequentemente, inferior à corrente de curto-circuito original (quando o sistema de armazenamento de energia não está ligado). Esta situação de curto-circuito não afetará o equipamento existente.

(2) O curto-circuito ocorre no interior do sistema, ou seja, no lado do barramento do transformador #1 ou do transformador #2.

Neste caso, a corrente de curto-circuito que circula pela barra colectora de baixa tensão do transformador inclui a corrente de curto-circuito original mais a corrente de curto-circuito que sai da central de armazenamento de energia. Devido à influência dos dispositivos de potência no inversor, a corrente máxima de saída da central de armazenamento de energia não excederá 1,5 vezes a corrente nominal, ou seja, 562,5 A. Atualmente, a corrente de curto-circuito dos transformadores #1 e #2 é de 36,085 kA. Após a entrada em funcionamento do sistema de armazenamento de energia, a corrente de curto-circuito do barramento do transformador não excederá 36,647 kA. A capacidade nominal de interrupção do disjuntor no lado de saída de baixa tensão do transformador original é de 50 kA. Os resultados da análise da corrente de curto-circuito confirmam que o novo sistema de armazenamento de energia não afetará todo o sistema de distribuição de energia nem o equipamento existente.

3. Sistema de armazenamento de energia

3.1 Escolha da bateria

3.1.1 Armazenamento em baterias de iões de lítio

As baterias de iões de lítio utilizam óxido de lítio metálico como material do elétrodo positivo e grafite ou titanato de lítio como material do elétrodo negativo, conforme ilustrado na figura. As baterias de iões de lítio caracterizam-se por uma elevada densidade energética e apresentam vantagens como uma tensão de descarga estável, um amplo intervalo de temperaturas de funcionamento, uma baixa taxa de autodescarga e a capacidade de carregar e descarregar com correntes elevadas. O fosfato de ferro e lítio tem uma capacidade teórica de 170 Wh/kg, bom desempenho de ciclo (após 2000 ciclos com uma profundidade de descarga (DOD) de 100%, mantendo mais de 80% da sua capacidade), elevada segurança e pode ser continuamente carregado e descarregado a 1 a 3 vezes a taxa de carga/descarga (1C-3C), com uma plataforma de descarga estável e uma taxa de descarga instantânea que atinge 30C. No entanto, as baterias de fosfato de ferro e lítio apresentam um fraco desempenho a baixas temperaturas; a 0 ℃, a capacidade de descarga é de apenas 70–80 %, e a vida útil pode atingir 5 000–6 000 ciclos. Na figura é apresentado um diagrama esquemático da sua estrutura.

Estrutura da bateria de iões de lítio

Este projeto utiliza baterias de fosfato de ferro e lítio. Estas baterias oferecem elevada capacidade de produção e grande potência de saída, são fabricadas com equipamento totalmente automatizado, garantem uma boa uniformidade do produto, têm uma longa vida útil e não geram poluição ambiental durante a produção. O design modular facilita a produção e a instalação. Além disso, apresentam elevada densidade energética e ocupam pouco espaço.

A tensão nominal/capacidade de uma única célula de bateria é de 3,2 V/205 Ah. A vida útil do ciclo DOD do modelo 80% pode atingir os 6 000 ciclos.

3.2 Seleção do método de instalação do sistema de armazenamento em baterias

3.2.1 Método de instalação

Este projeto recorre ao método de instalação em contentores.

Em geral, toma-se como referência o projeto básico e as dimensões externas de um contentor padrão. Após a modificação e a decoração, a bateria, o sistema de conversão de energia bidirecional (PCS), o armário de distribuição, etc., são instalados num contentor pré-fabricado.

3.3 Seleção de PCS

O PCS (Sistema de Conversão de Energia) é um dispositivo de um sistema de armazenamento de energia eletroquímica que liga o sistema de baterias à rede elétrica (e/ou à carga) para permitir a conversão bidirecional de energia. Pode controlar o processo de carga e descarga da bateria, efetuar a conversão CA/CC e fornecer energia diretamente a cargas CA na ausência de uma rede elétrica. É o equipamento central do sistema de armazenamento de energia.

São utilizados produtos de alta qualidade, alto desempenho e comprovados. Com base nos requisitos do projeto, foi adotado um PCS de 250 kW. O PCS é composto por um conversor bidirecional CC/CA, uma unidade de controlo, etc. O controlador do PCS recebe comandos de controlo do sistema de fundo através de comunicação e controla o PCS para carregar ou descarregar a bateria de acordo com o sinal e a magnitude do comando de potência, regulando assim a potência ativa e reativa da rede elétrica. Entretanto, o PCS pode comunicar com o EMS através da interface CAN para obter informações sobre o estado da bateria, permitindo o carregamento e a descarga com proteção da bateria e garantindo o seu funcionamento seguro.

3.3.1 Requisitos básicos para o PCS

(1) O corpo do PCS deve dispor de um interruptor de paragem de emergência e de proteção contra o contacto acidental.

(2) O PCS deve ser capaz de apresentar vários dados relativos ao funcionamento em tempo real, a falhas em tempo real e a falhas históricas.

(3) A unidade PCS deve dispor de um interruptor para alternar entre os modos local e remoto. Quando estiver no modo local, deve ser capaz de realizar operações locais de ligar, desligar e definir parâmetros; todas as operações locais requerem autenticação.

(4) O PCS deve detetar automaticamente a ligação de comunicação com o sistema de monitorização. Quando a comunicação for interrompida, o PCS bidirecional de armazenamento de energia deve emitir um alarme sonoro e visual e, após um atraso ajustável, passar para o modo de espera.

(5) O PCS deve dispor de medidas para fazer face à corrente circulante e à saída irregular de cada ramo de corrente contínua, causadas pelo funcionamento em paralelo direto no lado da corrente alternada.

(6) O PCS requer um disjuntor acionado manualmente no lado CC e um contactor e um disjuntor no lado da saída CA, de modo a formar um ponto de isolamento de segurança em relação ao ponto de ligação à rede.

(7) A qualidade da energia elétrica fornecida pelo dispositivo PCS à carga CA local deve cumprir as normas nacionais aplicáveis no que diz respeito a harmónicos, desvio de tensão, desequilíbrio de tensão, componente CC, flutuação de tensão e oscilação.

3.3.3 Controlo Operacional

(1) Arranque e desligamento

O PCS dispõe de funções completas de autoverificação de hardware e software durante o arranque. Deve emitir um alarme e registar informações relevantes em pormenor quando o dispositivo apresentar avarias ou comportamentos anormais. Deve também confirmar que a comunicação com o sistema de monitorização está a decorrer normalmente durante o arranque.

O PCS está equipado com um circuito de reinicialização automática. Se, após a reinicialização, continuar sem funcionar normalmente, deverá ser capaz de emitir um sinal ou informação de anomalia.

Tempo de arranque: O tempo decorrido entre o ligar inicial e o início do funcionamento à potência nominal não deve exceder 15 s.

Tempo de desligamento: Em qualquer condição de funcionamento, o tempo decorrido entre a receção do comando de desligamento e a desconexão do interruptor do lado da corrente alternada não deve exceder 100 ms.

A variação da potência ativa de saída durante o arranque do dispositivo não deve exceder a taxa máxima de variação de potência definida.

Salvo em caso de avaria elétrica ou de receção de instruções da entidade de controlo da rede elétrica, a potência desligada simultaneamente por vários dispositivos PCS deve situar-se dentro da taxa máxima de variação de potência permitida pela rede elétrica.

(2) Modo de controlo do dispositivo

O PCS deve estar equipado com três modos de controlo: Local e Remoto.

Local: Neste modo, a unidade de controlo PCS Local não aceita o controlo remoto proveniente do computador anfitrião do sistema de monitorização. Os operadores podem realizar e confirmar as operações passo a passo, de acordo com o procedimento operacional no modo Local, alcançando, por fim, um estado de funcionamento estável.

Controlo remoto: O arranque ou a paragem automáticos do modo de funcionamento são efetuados através de comandos EMS.

O controlo local é efetuado no painel de controlo do armário, enquanto o controlo remoto é efetuado através da emissão de comandos de controlo pelo sistema de monitorização, de acordo com o protocolo de comunicação. A prioridade dos modos de controlo remoto e local aumenta sequencialmente.

É possível definir os parâmetros de controlo tanto para o modo local como para o modo remoto do PCS de armazenamento de energia.

3.4 Sistema de Gestão da Bateria (BMS)

3.4.1 Estrutura do Sistema de Gestão da Bateria

As funções de proteção e monitorização do sistema de baterias são implementadas pelo BMS. O sistema BMS possui uma arquitetura de rede de três níveis: Módulo de Detecção de Gestão de Baterias (CCM), Unidade Escrava de Gestão de Baterias (BMU) e Unidade Mestra de Gestão de Baterias (BCU). As principais funções de cada módulo são as seguintes:

CCM: Monitoriza a tensão e a temperatura de cada célula e transmite esta informação à BMU em tempo real, permitindo o controlo do equilíbrio de tensão de cada célula. BMU: Recolhe e gere os dados de tensão e temperatura provenientes de vários CCMs e transmite esta informação à BCU em tempo real através do protocolo CAN. Também pode controlar os CCMs para que estes realizem o equilíbrio com base nos comandos de equilíbrio emitidos pela BCU.

BCU: Monitoriza a tensão e a corrente totais de todo o conjunto de baterias, recolhe informações das BMUs de nível inferior e consegue estimar a capacidade restante da bateria e o seu estado de saúde em tempo real. Além disso, transmite estas informações ao EMS em tempo real através do protocolo CAN. Controla a abertura e o fecho dos relés e fornece alarmes e proteção para o conjunto de baterias.

Diagrama da arquitetura do BMS

3.4.2 Funções do sistema de gestão da bateria

O Módulo de Gestão da Bateria (CCM) e a Unidade de Gestão da Bateria (BMU) gerem as unidades ao nível dos módulos de bateria (um ou vários módulos de bateria), monitorizam o estado da bateria (tensão, temperatura, etc.) e fornecem interfaces de comunicação para as baterias. O Sistema de Gestão de Baterias (BMS) monitoriza o estado das baterias (temperatura, tensão, corrente, estado de carga, etc.), fornece interfaces de comunicação e dispõe de um sistema de proteção. Os requisitos específicos são os seguintes:

1) Aquisição de alta precisão e elevada fiabilidade da tensão e temperatura de cada célula da bateria, com um intervalo de medição de temperatura de -40 ℃ a 85 ℃.

Medição em tempo real de dados elétricos e térmicos relacionados com a bateria, incluindo a tensão de cada célula, a temperatura do módulo da bateria, a tensão do módulo da bateria, a corrente no circuito em série, a resistência de isolamento e outros parâmetros.

2) A precisão de medição de cada parâmetro de estado deve estar em conformidade com as disposições específicas do ponto “5.2 Requisitos de medição” da norma GB/T 34131-2017 “Especificação técnica para o sistema de gestão de baterias de iões de lítio para centrais de armazenamento de energia eletroquímica”. 3) Estimar o estado de carga (SOC) da bateria, a energia de carga e descarga (Wh), a corrente máxima de carga, a corrente máxima de descarga e outros parâmetros de estado, com capacidade de retenção de dados após o desligamento e capacidade de transferência de dados para o sistema de monitorização. A precisão de medição de cada parâmetro de estado deve estar em conformidade com os requisitos específicos da secção “5.3 Requisitos de cálculo” da norma GB/T 34131-2017 “Especificação técnica para o sistema de gestão de baterias de iões de lítio para centrais de armazenamento de energia eletroquímica”.

4) Alcançar o equilíbrio de carga entre as células, o que é realizado através de um circuito de controlo de equilíbrio.

5) Os circuitos de deteção de tensão e temperatura, de controlo de equilíbrio e de estimativa de estado do BMS estão completamente isolados eletricamente da fonte de alimentação de controlo e do barramento CAN. O nível de isolamento da fonte de alimentação de controlo e da comunicação do barramento CAN é garantido em 2500 V, assegurando assim o cumprimento do requisito de ligação em série das células da bateria de alta tensão.

6) O BMS implementa a deteção da resistência de isolamento de alta tensão, o que requer o isolamento elétrico dos circuitos relacionados e a plena consideração dos efeitos do ruído. São realizadas múltiplas amostragens e cálculos da média dos dados recolhidos para obter valores de amostra mais precisos. 7) O BMS deve ser capaz de estimar com precisão o Estado de Carga (SOC) do dispositivo de armazenamento de energia da bateria. O requisito de precisão é ≤5% quando SOC ≤ 30%; ≤5% quando 30% < SOC < 80%; e ≤5% quando SOC ≥ 80%. Deve também ser capaz de calibrar dinamicamente o valor do SOC e fornecer uma tabela correspondente de estimativa da precisão do SOC.

8) O BMS deve gerir eficazmente o processo de carga e descarga, de modo a garantir que não ocorram sobrecargas nem descargas excessivas durante o processo, impedindo que a corrente de carga e a temperatura excedam os valores permitidos. Durante o carregamento, a tensão de carregamento admissível da bateria deve ser mantida dentro do limite máximo admissível; durante a descarga, a corrente e a tensão devem ser mantidas dentro do limite mínimo admissível de tensão de descarga. Deve ser capaz de fornecer a temperatura da bateria e outros sinais de controlo ao sistema de gestão térmica e auxiliar este último a controlar e a atingir uma diferença média de temperatura de 5 °C entre as baterias.

9) O BMS deve implementar estratégias de carga e descarga, o que requer uma monitorização em tempo real ao longo de todo o processo de carga e descarga. Ao detetar anomalias, deve tomar imediatamente medidas de alarme e proteção para garantir a segurança da bateria. 10) O BMS utiliza uma função de proteção por alarme de três níveis para equipamentos de armazenamento de energia em baterias, com configurações refinadas dos níveis de proteção por alarme. Dependendo do nível de gravidade, são tomadas medidas como a redução da potência, a proibição de carga e descarga e a desconexão dos circuitos da bateria, a fim de garantir o funcionamento seguro, estável e fiável do conjunto de baterias.

3.5 Concepção geral do sistema de armazenamento de energia

Com base na área reservada para o projeto, este esquema adota três módulos pré-fabricados de armazenamento de energia, incluindo dois módulos de bateria e um módulo PCS. A capacidade total instalada é de 2 MWh, dividida em dois ramos de armazenamento de energia. Cada ramificação de armazenamento de energia é composta por um conversor de armazenamento de energia de 250 kW, uma bateria de armazenamento de energia de 1 MWh e um sistema de gestão de energia. As duas ramificações de armazenamento de energia estão ligadas, respetivamente, às barras colectoras de baixa tensão de 400 V dos transformadores #1 e #2 na sala de distribuição.

Diagrama esquemático da unidade de armazenamento de energia

O sistema de armazenamento de energia é composto por baterias de armazenamento, um sistema de conversão de energia (PCS), um sistema de gestão de baterias (BMS) e um sistema de gestão de energia (EMS). As baterias de armazenamento são ligadas ao barramento de CA após a conversão CC/CA através do PCS, permitindo o armazenamento e a libertação de energia. O PCS controla o carregamento e a descarga das baterias de armazenamento: durante o carregamento, o PCS funciona como um retificador, convertendo corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC) para armazenamento nas baterias; durante a descarga, o PCS funciona como um inversor, convertendo a corrente contínua armazenada em corrente alternada para alimentar as cargas relevantes na comunidade. O BMS monitoriza a tensão, a corrente e a temperatura do sistema de armazenamento em baterias em tempo real. Ao transmitir esta informação essencial ao EMS, este coordena e gere o processo de carga e descarga do sistema de armazenamento de energia, prevenindo problemas de sobretensão, subtensão e sobrecorrente, além de assegurar a gestão do equilíbrio entre carga e descarga.

O sistema de armazenamento de energia é carregado e descarregado através de um sistema de software. O sistema permite tanto o controlo de um único ponto como o controlo da quantidade total. O sistema de armazenamento de energia é controlado de acordo com os comandos de despacho, e a potência de saída pode ser ajustada conforme necessário, dentro da gama de funcionamento nominal do PCS. O sistema adota um controlo com um único botão, e cada unidade de armazenamento de energia controla, por sua vez, o seu subsistema de acordo com os requisitos gerais de comando. A taxa de carga e descarga da bateria cumpre as normas nacionais e é ajustável dentro do intervalo de 0-0,5C.

3.6 Análise da eficiência do sistema de armazenamento de energia

A troca de energia entre o sistema de armazenamento em bateria e o ponto de ligação à rede envolve dois elos principais: o PCS e a linha principal. Durante o carregamento e a descarga, cada elo sofre uma certa perda de energia. Tendo em conta a perda de energia inerente ao próprio sistema de baterias durante o carregamento e a descarga, a eficiência global do sistema é afetada por três fatores.

Com base nas normas do setor e nos níveis de fabrico de equipamentos existentes, a eficiência global de carga e descarga é determinada pela eficiência do PCS (97%), pela eficiência de carga da bateria (90%) e pelas perdas na linha (3%). A maioria das perdas (10%) nos ciclos de carga e descarga da bateria ocorre durante a carga. Por conseguinte, por cada 1 Wh de capacidade de armazenamento de energia, num único ciclo de carga e descarga (considerando um DOD de 90%), aproximadamente 0,87 Wh (1*0,9*(0,97*0,997)) de energia é libertada durante o processo de descarga, enquanto 1,034 Wh (0,9/(0,9*0,97*0,997)) é consumida durante o processo de carga.

3.7 Segurança dos sistemas de armazenamento de energia

3.7.1 Segurança das baterias

Trata-se de uma bateria de fosfato de ferro e lítio. Durante o carregamento, o BMS regula a bateria e o ambiente de carregamento para evitar a geração de hidrogénio. Estão instaladas uma série de medidas de ventilação no compartimento da bateria para garantir que quaisquer gases explosivos sejam monitorizados e liberados atempadamente. Cada BESS está equipado com equipamento automático de supressão de incêndios.

3.7.2 Garantia da segurança operacional

O BMS proporciona uma monitorização e gestão abrangentes dos parâmetros operacionais da bateria e do sistema de armazenamento de energia. Monitoriza a informação recolhida sobre o estado da bateria, o estado de funcionamento do equipamento e o estado da rede elétrica ao longo de todo o processo. Além disso, diagnostica o estado de saúde da bateria e pode reparar automaticamente baterias com problemas menores, bem como emitir alarmes e notificar imediatamente os utilizadores em caso de condições de funcionamento erradas ou anormais.

3.7.3 Garantia de segurança dos equipamentos motorizados

O sistema de armazenamento de energia dispõe de proteção contra sobrecargas de tensão e corrente nos lados CC e CA, proteção contra curto-circuito, proteção contra sobretemperatura e proteção de segurança da rede. Quando a tensão, a fase ou a frequência da rede elétrica estiverem instáveis e excederem os limiares definidos no equipamento, será imediatamente acionado um alarme ou será implementada uma proteção de desligamento adicional. 3.7.4 Conceção do sistema de proteção contra incêndios do BESS

Os sistemas automáticos de alarme e extinção de incêndios são um elemento crucial para garantir o funcionamento seguro dos sistemas de armazenamento de energia. Devem reagir rapidamente assim que for detetado um alarme de incêndio ou de fumo, protegendo assim a central de armazenamento de energia e minimizando os danos no equipamento e nos bens.

A conceção do sistema de proteção contra incêndios da BESS é realizada tendo em conta os seguintes aspetos:

(1) Monitorização em tempo real da temperatura de funcionamento do sistema de baterias, do sistema PCS e do sistema de distribuição de energia. Caso ocorra uma anomalia grave na temperatura, será acionado um alarme ou o próprio sistema poderá deixar de funcionar.

(2) São selecionados materiais ignífugos para o equipamento, as caixas das baterias, os armários e os cabos.

(3) São selecionados painéis sanduíche de poliuretano com revestimento metálico ignífugos, com uma espessura de 50 mm e uma resistência ao fogo não inferior a 1 hora.

(4) Está instalado no interior do contentor um sistema integrado de extinção a gás, com funcionamento manual/automático. O agente extintor é o heptafluoropropano (HFC-227ea) e os dispositivos de extinção a pó seco. O heptafluoropropano do tipo armário está instalado no compartimento da bateria e o extintor a pó seco está instalado no compartimento do PCS.

(5) Todo o sistema adota um projeto de interligação para combate a incêndios. Quando o controlador de incêndios emite um sinal de alarme, o sistema de armazenamento de energia, bem como os sistemas de ventilação e dissipação de calor, deixam de funcionar para garantir que o sistema de extinção de incêndios possa extinguir os incêndios normalmente.

3.8 Contentor

Este projeto é fornecido sob a forma de contentores e requer integração no sistema. Nesta fase, são fornecidas, no total, 2 baterias de armazenamento de energia BESS. O contentor deve possuir excelente facilidade de manutenção e substituição, de modo a facilitar a manutenção, reparação e substituição do equipamento.

3.8.1 Requisitos gerais

(1) O grau de proteção do contentor não deve ser inferior a IP54 e este deve possuir uma resistência de elevação à carga total ilimitada ao longo da sua vida útil (até 25 anos).

(2) O contentor deve ser pintado de forma uniforme. O logótipo no exterior do contentor pode ser pintado de acordo com os requisitos do proprietário.

(3) Autoconsumo: A taxa de autoconsumo do equipamento durante o funcionamento do sistema deve ser baixa, garantindo que a potência máxima de autoconsumo não exceda os 15 kW em condições de temperatura extrema.

(4) Impermeabilização: A parte superior do contentor não deve acumular água, apresentar fugas nem deixar a água infiltrar-se; as paredes laterais do contentor não devem permitir a entrada de chuva; e o fundo do contentor não deve apresentar fugas de água.

(5) Isolamento térmico: As anteparas e portas pré-fabricadas devem ser dotadas de medidas de isolamento térmico. Numa condição ambiental em que a diferença de temperatura entre o interior e o exterior do contentor seja de 55 ℃, o coeficiente de transferência de calor deve ser inferior ou igual a 1,5 W/(m²·℃). (6) Resistência à corrosão: O aspeto, a resistência mecânica e a resistência à corrosão da cabina pré-fabricada garantem que esta cumpre os requisitos para 25 anos de utilização prática.

(7) Resistência ao fogo: A estrutura exterior, os materiais de isolamento térmico e os materiais decorativos internos e externos da cabina pré-fabricada são todos constituídos por materiais ignífugos.

(8) Resistência à areia: A cabina pré-fabricada possui capacidade de retenção de areia; em condições de ventilação natural, o volume de entrada de ar fresco é ≥20% e a taxa de retenção de areia é ≥99%.

(9) Resistência sísmica: Em condições de transporte e de sismo, a resistência mecânica da cabina pré-fabricada e do seu equipamento interno cumpre os requisitos, não se verificando deformações, anomalias funcionais ou avarias após a ocorrência de vibrações.

(10) Proteção contra os raios UV: As propriedades dos materiais no interior e no exterior da cabina pré-fabricada não se deteriorarão devido à radiação ultravioleta, e esta não absorverá o calor dos raios ultravioleta. Converte a corrente contínua (CC) armazenada em corrente alternada (CA) para suportar o funcionamento das cargas relevantes dentro da comunidade. O BMS monitoriza a tensão, a corrente e a temperatura do armazenamento da bateria em tempo real. Ao transmitir esta informação essencial ao EMS, este coordena e gere o processo de carga e descarga do sistema de armazenamento de energia, prevenindo problemas de sobretensão, subtensão e sobrecorrente, além de proporcionar uma gestão do equilíbrio entre carga e descarga.

3.8.2 Configuração do equipamento BESS

(1) Interface de instalação da bateria (PACK)

O contentor está equipado com componentes de montagem do suporte da bateria pré-incorporados, de modo a garantir uma ligação fiável entre o suporte da bateria e os componentes pré-incorporados na placa de base do contentor.

(2) Caixa de distribuição

A caixa de distribuição fornece corrente alternada aos equipamentos elétricos de CA no interior e é responsável pela distribuição de corrente alternada para o ar condicionado da sala das baterias, a iluminação, a proteção contra incêndios, as luzes de emergência e as tomadas internas e externas do armário;

(3) Sistema de controlo de temperatura

O contentor deve adotar medidas eficazes para regular e controlar a temperatura ambiente no interior do compartimento. As medidas adotadas devem minimizar o consumo de energia, de modo a garantir a capacidade máxima de alimentação do contentor. O aparelho de ar condicionado deve ser capaz de funcionar de forma contínua 24 horas por dia, 7 dias por semana, com uma vida útil não inferior a 5 anos.

(4) Sistema de monitorização

O contentor está equipado com videovigilância e um alarme magnético na porta. O equipamento de vídeo garante uma monitorização abrangente do interior do contentor, permitindo a observação em tempo real do equipamento que se encontra no seu interior. Quando alguém tenta abrir à força a porta do compartimento, o sensor magnético da porta gera um sinal de alarme de ameaça, que é transmitido ao sistema de monitorização através de comunicação remota por Ethernet. Esta função de alarme deve poder ser desativada pelo utilizador.

(5) Sensores de fumo e de temperatura

O compartimento está equipado com dispositivos de segurança, tais como sensores de fumo e sensores de temperatura e humidade. Os sensores de fumo e os sensores de temperatura e humidade devem estar interligados eletricamente com o interruptor de controlo do sistema. Assim que for detetada uma avaria, o utilizador deve ser notificado através de alarmes sonoros e visuais e de comunicação remota e, ao mesmo tempo, o sistema de baterias de lítio em funcionamento deve ser desligado.

Dependendo da disposição dos contentores, alguns deles estão equipados com um host de monitorização dinâmica do ambiente, que recolhe informações relativas à proteção contra incêndios e dados dos sensores de temperatura e humidade deste compartimento e dos compartimentos adjacentes. O host de monitorização dinâmica do ambiente está ligado ao ecrã do sistema de controlo auxiliar inteligente no compartimento de controlo principal através de um cabo de par trançado blindado de Categoria 5.

(6) Iluminação do compartimento

O compartimento está equipado com iluminação e iluminação de emergência. As lâmpadas possuem funções à prova de explosão. Está instalado um sistema de iluminação de emergência no contentor. Assim que o sistema ficar sem alimentação, as luzes de emergência no contentor ativar-se-ão imediatamente. 3.8.3 Sistema elétrico do contentor de armazenamento de energia

(1) Interruptores e tomadas

Está instalado um interruptor de controlo de iluminação junto à porta do contentor e, no interior do mesmo, encontra-se uma tomada de cinco orifícios. Não é permitido ligar a alimentação elétrica enquanto o fio de terra da tomada trifásica não estiver ligado (ou seja, as fichas das linhas L e N não podem ser inseridas na tomada sem ligar o fio de terra). As tomadas estão ligadas à caixa de distribuição com disjuntores independentes para proteção contra curto-circuito, sobrecarga e proteção seletiva.

(2) Cabos e instalação elétrica

Os terminais de ligação dos diferentes circuitos de alimentação na caixa de distribuição devem utilizar cores de identificação diferentes (ou seja, utilizam-se terminais de ligação coloridos para identificar os diferentes circuitos de alimentação); todos os fios e cabos do sistema de alimentação devem ser cabos ignífugos com isolamento de polietileno reticulado e marcações de cores diferentes. Os cabos possuem camadas independentes de isolamento e revestimento, e a sua temperatura de funcionamento admissível a longo prazo não é inferior a 90 ℃. A tensão nominal de resistência do isolamento dos fios e cabos é um nível superior ao valor real da tensão. A área da secção transversal do fio neutro e do fio de terra do cabo não deve ser inferior à área da secção transversal do fio de fase, e a área mínima da secção transversal do fio de fase do cabo não deve ser inferior a 4 mm²; o desempenho técnico, a identificação, a segurança e os métodos de ligação da caixa de distribuição devem cumprir os requisitos das cláusulas mais rigorosas das normas nacionais.

3.8.4 Ligação à terra e proteção contra raios

Os pontos de fixação dos parafusos do contentor estão ligados de forma fiável aos condutores não funcionais de todo o contentor. Ao mesmo tempo, o contentor dispõe de 4 pontos de ligação à terra que cumprem as normas de energia mais rigorosas. Os pontos de ligação à terra formam uma ligação equipotencial fiável com os condutores não funcionais de todo o contentor.

Na parte superior do contentor está instalado um sistema de proteção contra raios fiável e de alta qualidade. O sistema de proteção contra raios está ligado à rede de ligação à terra em 4 pontos diferentes, através de barras de ligação à terra planas ou redondas.

3.8.5 Instalação do contentor de armazenamento de energia

O contentor dispõe de interfaces de montagem e fixação com parafusos. Após a colocação, não deve existir qualquer folga entre a parte inferior do contentor e as colunas do cais. 3.8.6 Cabos

(1) Seleção de cabos: Os cabos de alimentação de baixa tensão devem ser cabos com núcleo de cobre retardadores de chamas; os cabos de alimentação de alta tensão devem ser cabos blindados retardadores de chamas; os cabos de controlo que entram no sistema de comunicação e monitorização devem ser cabos blindados; os cabos de comunicação devem ser cabos de par trançado blindados ou cabos de fibra ótica.

(2) Instalação de cabos: A conceção e a instalação dos cabos devem cumprir os requisitos da norma GB50217-2007 “Código para a Conceção de Cabos de Engenharia Elétrica”. Quando diferentes tipos de cabos forem dispostos horizontalmente e se cruzarem, o espaçamento deve cumprir os requisitos da norma.

(3) Proteção contra incêndios em cabos: Devem ser tomadas medidas para prevenir incêndios em cabos e a propagação das chamas; todos os poços de cabos, aberturas nas paredes e orifícios para cabos na parte inferior dos quadros elétricos e dos painéis de controlo e proteção devem ser vedados. Devem ser instaladas divisórias resistentes ao fogo nas ligações das valas de cabos entre diferentes níveis de tensão dos dispositivos de distribuição de energia e entre diferentes secções dos dispositivos de distribuição de energia. Deve ser aplicado um revestimento ignífugo num raio de 1,5 metros em ambos os lados das divisórias resistentes ao fogo na vala de cabos. Após a passagem dos cabos através de tubos e paredes, ambas as extremidades dos tubos devem ser vedadas com materiais à prova de fogo e à prova de água.

4. Secção Elétrica

4.1 Esquema de ligações elétricas principais

O sistema de conversão de energia (PCS) é um componente essencial para a conversão CA/CC no sistema de armazenamento de energia. Com base nos requisitos específicos deste projeto, foi selecionado um inversor de string de 250 kW. Cada sistema de armazenamento de energia de 250 kW/1 MWh é composto por quatro módulos de 62,5 kW ligados em paralelo. A saída de CA é então combinada e ligada ao lado do barramento de baixa tensão do transformador. O diagrama esquemático principal é apresentado na figura abaixo.

Diagrama esquemático

4.2 Disposição do equipamento elétrico

Tendo em conta fatores como a segurança, a construção, o funcionamento, a manutenção e a utilização do solo, e em conjunto com o esquema de disposição do conjunto de baterias, o sistema de armazenamento de energia foi concebido com 2 unidades de armazenamento de energia e 1 unidade de conversão de energia.

4.3 Proteção contra raios e ligação à terra

4.3.1 Proteção contra raios

São instalados protetores contra picos de tensão tanto no lado da entrada do PCS como no lado CC, para proteger contra picos de tensão causados por descargas atmosféricas diretas e indiretas ou outras sobretensões transitórias.

A estação de armazenamento de energia é composta por 3 unidades de contentores, sem equipamento elétrico no exterior. De acordo com a norma GB50057-2010 “Código de Projeto de Proteção contra Raios para Edifícios”, secção 5.3.7, são respeitados os requisitos de projeto para edifícios com proteção contra raios de Classe II.

A ligação à terra de proteção envolve principalmente a ligação à terra de segurança do invólucro da unidade contentorizada. Isto cria uma boa ligação condutora entre as partes metálicas do sistema que normalmente não estão sob tensão e a terra, protegendo o equipamento e a segurança do pessoal. O armário de armazenamento de energia possui um ponto de ligação à terra externo, e está instalada uma barra de ligação à terra no interior do contentor. A ligação à terra para proteção contra raios, como parte das medidas de proteção contra raios, serve para desviar os picos de tensão através do pára-raios para a terra. A proteção contra raios para equipamento elétrico envolve principalmente a ligação de uma extremidade do pára-raios ao equipamento protegido e da outra extremidade ao dispositivo de ligação à terra. Quando ocorre um impacto direto de um raio, o pára-raios desvia a sobretensão resultante para si próprio, e a corrente de sobretensão entra na terra através do seu condutor de descida e do dispositivo de ligação à terra, evitando assim danos no equipamento elétrico ou riscos para a segurança pessoal. Neste esquema, são instalados pára-raios de CA e de CC no interior do contentor de armazenamento de energia, e o seu estado de avaria é monitorizado pelo sistema de gestão de energia.

4.3.2 Ligação à terra

De acordo com a norma (DL/T621-1997) “Ligação à terra de instalações elétricas de corrente alternada”, todos os invólucros de equipamento elétrico e outros componentes metálicos que possam ficar sob tensão em caso de acidente devem ser ligados à terra de forma fiável. Os requisitos específicos são os seguintes:

(1) Todos os suportes das baterias estão ligados diretamente à rede de ligação à terra para evitar a acumulação de eletricidade estática e proporcionar uma ligação à terra de proteção a todas as peças condutoras do equipamento; todas as caixas do equipamento estão ligadas à rede principal de ligação à terra através de fios de ligação à terra.

(2) A ligação à terra de proteção, a ligação à terra de funcionamento e a ligação à terra para proteção contra sobretensão utilizam a mesma rede de ligação à terra. A rede de ligação à terra adota um método de rede de ligação à terra composta artificial. A rede de ligação à terra principal da estação de armazenamento de energia é constituída principalmente por elétrodos de ligação à terra horizontais, complementados por um número adequado de elétrodos de ligação à terra verticais, formando uma rede de ligação à terra composta. Recomenda-se a utilização de aço plano galvanizado para a rede de ligação à terra principal.

4.4 Instalação de cabos

Os cabos são instalados utilizando condutas ou bandejas de cabos. Os requisitos relativos à proteção contra incêndios e à retardância de chamas dos cabos são aplicados de acordo com a norma nacional GB50217.

4.5 Alimentação elétrica e iluminação da estação

4.5.1 Ligação da fonte de alimentação da estação e cablagem

A alimentação e a iluminação da estação de armazenamento de energia (CA 220 V) serão fornecidas pela rede elétrica municipal.

4.5.2 Disposição e seleção de equipamento dos dispositivos de distribuição de energia da estação

A alimentação elétrica da estação é de 220 V CA, e todos os interruptores de alimentação estão localizados no compartimento do inversor do sistema de armazenamento de energia. Os disjuntores na caixa de distribuição são todos de marcas de alta qualidade. O princípio de alimentação é o seguinte:

Diagrama esquemático da fonte de alimentação

4.5.3 Iluminação da área da estação

De acordo com o “Regulamento Técnico para o Projeto de Iluminação de Centrais Térmicas e Subestações” DLGJ56-95, são instalados projetores na área da estação de armazenamento de energia, e a alimentação elétrica é ligada a partir da caixa de distribuição de iluminação da estação de armazenamento de energia.

4.5.4 Iluminação interior do contentor

O sistema de iluminação da unidade de armazenamento de energia é composto por iluminação normal e iluminação de emergência. A iluminação normal no interior do contentor é alimentada pela rede elétrica, enquanto a iluminação de emergência dispõe de uma bateria própria para sinalização de evacuação.

As luminárias LED são utilizadas de forma uniforme tanto para a iluminação normal como para a iluminação de emergência no interior do contentor. Nas portas de manutenção de ambos os lados estão instaladas luzes indicadoras de passagem de segurança e iluminação de evacuação. A iluminância em cada área cumpre os requisitos dos “Regulamentos Técnicos para o Projecto de Iluminação de Centrais Térmicas e Subestações”.

4.6. Proteção elétrica da unidade de armazenamento de energia

O lado CC da estação de armazenamento de energia pode não necessitar de dispositivos de proteção separados; a proteção do lado CC pode ser assegurada pelo sistema de conversão de energia (PCS) e pelo sistema de gestão da bateria (BMS). A configuração da proteção do lado CC deve cumprir os seguintes requisitos:

4.6.1 Configuração da proteção da unidade de armazenamento de energia

A proteção da unidade de armazenamento de energia é assegurada principalmente pelo sistema de gestão da bateria (BMS). O BMS deve monitorizar de forma abrangente o estado de funcionamento da bateria, incluindo a tensão, a corrente, a temperatura e o estado de carga das células/módulos individuais e do sistema de baterias, e emitir alertas em caso de incidente. O BMS deve proteger de forma fiável o conjunto de baterias e dispor de funções como proteção contra sobretensão, proteção contra subtensão, proteção contra sobrecorrente, proteção contra sobretemperatura e monitorização do isolamento de corrente contínua.

4.6.2 Configuração da proteção da unidade de ligação CC

A unidade de ligação CC refere-se à ligação entre o conjunto de baterias e o PCS, incluindo principalmente cabos CC e disjuntores (seccionadores) CC. Deve ser instalado um disjuntor no lado da saída da bateria, podendo ser instalado um seccionador no lado CC do PCS. A proteção desta secção não é configurada de forma independente; é alcançada principalmente através da proteção da unidade de armazenamento de energia, que aciona o disjuntor no lado da saída da bateria.

5. Secção do Sistema Secundário

5.1 Sistema de Gestão de Energia (EMS)

5.1.1 Princípios de conceção

(1) A estação de armazenamento de energia foi concebida de acordo com o modelo de “funcionamento autónomo, com supervisão humana”.

(2) O controlo secundário da estação de armazenamento de energia recorre a um sistema de monitorização informática.

(3) O sistema de automação integrado adota uma estrutura aberta, hierárquica e distribuída.

5.1.2 Introdução ao sistema

O Sistema de Gestão de Energia (EMS), com base nos requisitos do sistema e no modo de funcionamento da central de armazenamento de energia, realiza a monitorização e regulação automáticas em tempo real de equipamentos elétricos, tais como a central de armazenamento de energia e o sistema de alimentação de controlo. Integra ainda o PCS de armazenamento de energia e o software de monitorização das baterias no sistema inteligente de controlo e despacho, proporcionando funções de monitorização tanto da própria bateria como do PCS. A plataforma de monitorização do sistema de armazenamento de energia em baterias é utilizada para a monitorização e controlo do sistema de armazenamento de energia em baterias, coordenando o funcionamento coordenado e o acesso ao sistema de armazenamento de energia, e concretizando a aplicação do sistema de armazenamento de energia em baterias. Para além das três funções remotas convencionais (telemetria, telecontrolo e teleindicação), o sistema de monitorização de armazenamento de energia dispõe de vários modos de aplicação de acordo com diferentes necessidades de controlo, tais como as funções de nivelamento de picos e preenchimento de vales.

O sistema de monitorização do armazenamento de energia em baterias adota um esquema de controlo hierárquico e distribuído, incluindo geralmente três partes principais: a camada de monitorização, a camada de controlo e a camada de monitorização local. A camada de monitorização é responsável principalmente pela gestão da comunicação, aquisição de dados, processamento de dados e gestão operacional. A camada de controlo coordenado executa funções de controlo coordenado ao nível do sistema e envia comandos de controlo de potência ao controlador local, de modo a assegurar o controlo da potência de cada inversor. A camada de monitorização local consiste num sistema local de monitorização e controlo, que monitoriza o estado em tempo real do PCS, das baterias e do sistema de distribuição de energia, e envia prontamente comandos de controlo de nível superior a cada unidade de controlo.

5.1.2.1 Descrição funcional

(1) Aquisição de dados em tempo real

a) Dados do BMS: Os dados da bateria em tempo real são recolhidos através de um barramento CAN. O BMS envia os dados de cada célula da bateria para o EMS em pacotes. O EMS descompacta os dados e armazena-os na base de dados. O sistema analisa o estado da tensão das células da bateria em tempo real, emite alertas precoces sobre a vida útil da bateria e toma as medidas adequadas para reduzir a degradação da bateria.

b) Dados do PCS: Os dados do PCS são recolhidos de acordo com o protocolo de comunicação do PCS. Os dados recolhidos incluem tensão, corrente e potência no lado CC; potência ativa, potência reativa, tensão trifásica, corrente trifásica, frequência, fator de potência, estado de funcionamento, eficiência de conversão, informações sobre alarmes e falhas e outras informações comuns no lado CA, bem como a energia de entrada diária, a energia de saída diária, a energia de entrada acumulada e a energia de saída acumulada.

c) Dados do interruptor: O interruptor de relé está ligado ao sinal de contacto da porta. Tanto quando a porta está aberta como quando está fechada, o relé monocanal converte o sinal elétrico num sinal digital e, em seguida, transmite esse sinal digital ao EMS através da interface RS485 para notificações de alarme e aviso.

d) Dados ambientais: Os dados dos sensores de temperatura e humidade ou dos sensores de temperatura sem fios da barra de distribuição são recolhidos através da interface RS485.

6. Obras de Engenharia Civil

6.1 Visão geral

6.1.1 Visão geral do local

O projeto está localizado em xxxx. O local fica a 50 metros à esquerda da entrada do portão sul (4,2 m de largura, 3,5 m de altura) (a fundação assenta em solo firme). É acessível por uma estrada (2,5 m de largura, com uma área relvada de 2,7 m de largura). A área circundante fora da vedação é constituída por árvores e prados.

6.2 Planeamento geral e transportes

6.2.1 Planeamento Geral

Este plano de projeto foi concebido com base nos princípios da segurança científica, da proteção ambiental e da conservação do solo, visando reduzir ao máximo o período de construção do cliente. O sistema de armazenamento de energia adota um design modular padrão, integrado em três cabines pré-fabricadas, dispostas de forma uniforme para facilitar a instalação, o transporte, a manutenção e a expansão do sistema.

6.2.2 Disposição geral

As cabines pré-fabricadas estão dispostas em ambos os lados, ao longo do perímetro do terreno. A cabine PCS está localizada mais perto da sala de distribuição de energia, para facilitar a ligação das linhas à mesma.

6.2.3 Disposição vertical

A drenagem do local será assegurada por valas de drenagem em betão construídas em torno do sistema de armazenamento de energia, junto às paredes de cisalhamento, ligadas a um poço de drenagem central.

6.2.4 Transportes

O local situa-se a 50 m à esquerda da entrada do portão sul (4,2 m de largura, 3,5 m de altura) (a fundação assenta em solo firme) e é acessível por uma estrada (2,5 m de largura, com uma área relvada de 2,7 m de largura). Está previsto utilizar uma grua para elevar as cabines pré-fabricadas até ao local designado (cálculos preliminares indicam que é necessária uma grua de 35 toneladas para a elevação no local).

6.2.5 Área do local

O sistema de armazenamento de energia está construído sobre uma base de betão, com solo firme por baixo do betão. A área total abrange aproximadamente 200 m².

6.3 Edifícios e estruturas das estações de armazenamento de energia

6.3.1 Secção do edifício

Todo o equipamento deste projeto está integrado em cabines pré-fabricadas com uma vida útil de 25 anos; não serão construídos novos edifícios.

6.3.2 Secção Estrutural

(1) Fundação para cabines pré-fabricadas

A fundação será realizada com uma base em laje de betão armado, de acordo com as normas de projeto de construção. Classe de resistência do betão: C35; classe de resistência do vergalhão: HRB400.

(2) Fundação de um muro de contenção

A fundação do muro de contenção é constituída por uma fundação em faixa de betão armado.

(3) Tratamento das fundações

A construção será realizada por secções, de acordo com o plano de construção. A densidade de compactação deve ser testada de acordo com as especificações ou os requisitos de projeto. A etapa seguinte só poderá prosseguir após o cumprimento dos requisitos. São instaladas estacas perfuradas e injetadas de C30, com um diâmetro de 600 mm, sob a fundação em laje. As estacas são dispostas de forma esparsa para controlar o assentamento. O comprimento efetivo das estacas é de aproximadamente 10 a 20 m, num total de cerca de 50 estacas.

6.4 Aquecimento e ventilação

Este projeto está localizado numa região sem aquecimento, pelo que não foi concebido qualquer sistema de aquecimento central. Nos compartimentos que requerem controlo de temperatura e humidade, tanto no inverno como no verão, foram instalados sistemas de ar condicionado e ventilação.

Cada compartimento de baterias possui o seu próprio sistema de ar condicionado independente.

6.5 Abastecimento de água e drenagem

Para evitar a infiltração de água na vala durante períodos de chuva e neve, o que poderia provocar a corrosão do equipamento, é necessário construir um muro de betão com 300 mm de largura e 1300 mm de altura ao longo do perímetro da vala de fundação. Na parte superior, é embutido um conduto para cabos com 100 mm de diâmetro e 2 mm de espessura, com extremidades alargadas. Após a instalação do cabo, o conduto deve ser vedado com algodão embebido em óleo ou outro material resistente ao fogo. Tanto a superfície interior como a exterior devem ser revestidas com uma camada impermeabilizante de argamassa de cimento na proporção de 1:2,5, com 20 mm de espessura, garantindo que a argamassa preencha totalmente o espaço sem deixar vazios. É instalada uma escada de aço no muro de contenção. Os dois suportes verticais da escada são duas barras de aço de Φ22, classe 3, e os degraus são barras de aço de Φ14, classe 2, com um espaçamento de 200 mm. É instalada uma calha de recolha de água na parte inferior, ligada a um tubo de drenagem pré-embutido.

7 Proteção contra incêndios

7.1 Princípios de conceção da proteção contra incêndios

O projeto de proteção contra incêndios deste empreendimento deve estar em conformidade com a Lei de Proteção contra Incêndios da República Popular da China e com as políticas e regulamentos nacionais relevantes. Deve implementar a política de proteção contra incêndios de “prevenção em primeiro lugar, combinando prevenção e combate ao fogo”, com o objetivo de alcançar a autoproteção e o auto-resgate, prevenir e reduzir os riscos de incêndio e garantir a segurança pessoal e patrimonial. Serão adotadas várias medidas eficazes de proteção contra incêndios que satisfaçam os requisitos de diferentes edifícios e instalações, recorrendo a tecnologias de proteção contra incêndios avançadas, razoáveis, económicas e fiáveis. Na conceção do layout, na conceção dos processos e na seleção de materiais, as normas, regulamentos e especificações relevantes em matéria de segurança contra incêndios devem ser rigorosamente respeitados.

7.2 Especificações de construção

O equipamento principal deste projeto é constituído por baterias e um sistema PCS. A classificação de risco de incêndio e o grau de resistência ao fogo do edifício para este projeto devem cumprir rigorosamente a norma GB51048-2014 “Código de Concepção para Centrais de Armazenamento de Energia Eletroquímica” e a norma GB50016-2014 “Código de Concepção de Proteção contra Incêndios em Edifícios”.

Artigo 11.1.3 da norma GB51048-2014 “Código de Projeto para Centrais de Armazenamento de Energia Eletroquímica” estipula que a classificação de risco de incêndio dos equipamentos de baterias de iões de lítio para instalação no exterior é a Classe E (a Classe E refere-se a materiais não combustíveis), o que está em conformidade com o Artigo 6.3 da norma Q/GDW 11265-2014 “Regulamentos Técnicos para o Projeto de Centrais de Armazenamento de Energia com Baterias”.

7.3 Proteção contra incêndios em baterias

As medidas de proteção contra incêndios para as baterias no interior do contentor utilizam principalmente um sistema automático de extinção de incêndios à base de heptafluoropropano. As linhas elétricas de proteção contra incêndios estão ocultas dentro de estruturas incombustíveis ou protegidas por condutas metálicas, e todos os cabos são ignífugos. As medidas de proteção contra incêndios para os cabos incluem vedação, bloqueio e isolamento. São utilizados materiais de vedação resistentes ao fogo para vedar hermeticamente os pontos de entrada e saída dos cabos nos dispositivos de distribuição e nas valas de cabos.

O sistema automático de extinção de incêndios com heptafluoropropano é um dispositivo moderno e inteligente de extinção automática de incêndios que integra a extinção por gás, o controlo automático e a deteção de incêndios. Cumpre os requisitos da norma DBJ15-23-1999 “Especificações de Concepção para Sistemas de Extinção de Incêndios com Agente Limpo de Heptafluoropropano (HFC-227ea)” e da norma ISO14520-9 “Sistemas de Extinção de Incêndios a Gás – Propriedades Físicas e Concepção do Sistema”. Este sistema caracteriza-se por uma concepção avançada, desempenho fiável, funcionamento simples e boa proteção ambiental.

O sistema de proteção contra incêndios é composto por um controlador de alarme de incêndio/painel de controlo de extinção a gás, detetores de fumo, detetores de calor, alarmes sonoros e luminosos, sinos de alarme, luzes indicadoras de descarga, botões manuais de arranque/paragem de emergência, dispositivos de extinção de incêndios para o armário de equipamento (incluindo cilindros de armazenamento de agente extintor, dispositivos de acionamento eletromagnético e dispositivos de sinalização de pressão), acessórios do armário de equipamento (bicos, mangueiras de alta pressão) e dispositivos de extinção de incêndio para o armário de alimentação elétrica (incluindo cilindros de armazenamento de agente extintor, dispositivos de acionamento eletromagnético e dispositivos de sinalização de pressão).

Este projeto baseia-se na utilização eficiente do espaço do contentor, pelo que foi adotado um design especial:

(1) Tendo em conta a disposição do equipamento no interior do contentor, o método de extinção de incêndios recorre a um sistema de extinção por inundação total. Dentro do prazo especificado, é pulverizada no contentor uma quantidade prevista de heptafluoropropano, garantindo que este preencha uniformemente todo o contentor;

(2) Devido à altura limitada no interior do contentor, o armário de gás heptafluoropropano é fixado diretamente no seu interior;

(3) O método de ativação utiliza um dispositivo de válvula eletromagnética. Este dispositivo deve ser removido durante o transporte e só pode ser instalado depois de o contentor ter sido colocado na sua posição fixa, de todo o processo de colocação em serviço ter sido concluído e de o contentor ter entrado em funcionamento normal.

7.4 Proteção contra incêndios de origem elétrica

O compartimento PCS está equipado com detetores de fumo e calor, e na entrada do compartimento encontram-se extintores portáteis.

Iluminação de emergência: Existem passagens de segurança no interior do contentor e estão instalados sinais de evacuação com iluminação nas entradas e saídas do contentor.

7.5 Sistema de alarme e controlo de incêndios

O sistema de alarme de incêndio e de controlo de interligação foi concebido de acordo com os requisitos pertinentes da norma GB500116-2013 “Código para a Conceção de Sistemas Automáticos de Alarme de Incêndio”.

O equipamento do sistema automático de alarme de incêndio instalado no contentor inclui um controlador de alarme de incêndio, detetores, módulos de controlo, módulos de sinalização e botões de alarme manual. Este sistema monitoriza os sinais de alarme de incêndio em todas as áreas do sistema e pode implementar o controlo automático de interligação de cada unidade de armazenamento de energia, de acordo com os requisitos de proteção contra incêndios. O controlador de alarme de incêndio dispõe de indicadores do estado de funcionamento do equipamento controlado e de botões de operação manual.

São selecionados detetores de fumo e calor e são instalados botões de alarme manuais, bem como alarmes sonoros e luminosos. Quando um detetor ou um botão de alarme manual é ativado, a central de alarme de incêndio emite um sinal de alarme sonoro e visual, apresenta o endereço do ponto de alarme e imprime a hora do alarme, o endereço do ponto de alarme e outras informações relevantes. A alimentação elétrica normal do controlador do alarme de incêndio é de 220 V CA.

8. Proteção Ambiental e Segurança no Trabalho

8.1 Proteção Ambiental

8.1.1 Campos eletromagnéticos

(1) Normas relativas aos campos eletromagnéticos aplicadas pela central de armazenamento de energia

O limite para a intensidade do campo eletromagnético de alta frequência (0,1–500 MHz) é baseado nos valores mais seguros previstos na “Norma de Saúde Relativa às Ondas Eletromagnéticas Ambientais” GB9175-88, na “Norma de Proteção contra a Radiação Eletromagnética” GB8702-88, “Métodos e Normas para a Avaliação do Impacto Ambiental da Radiação Eletromagnética” HJ/T10.3-1996 e “Especificações Técnicas para a Avaliação do Impacto Ambiental da Radiação Eletromagnética de Projetos de Transmissão e Transformação de Ultra-alta Tensão de 500 kV” HJ/T24-1998: <5 V/m.

No que diz respeito aos campos eletromagnéticos de frequência industrial (50 Hz), de acordo com as “Especificações Técnicas para a Avaliação do Impacto Ambiental da Radiação Eletromagnética de Projetos de Transmissão e Transformação de Ultra-alta Tensão de 500 kV” HJ/T24-1998, a intensidade do campo de frequência da rede elétrica é <4 kV/m e a intensidade da indução do campo magnético é <0,1 mT. A norma relativa à interferência de rádio, de acordo com as “Especificações Técnicas para a Avaliação do Impacto Ambiental da Radiação Eletromagnética de Projetos de Transmissão e Transformação de Ultra-alta Tensão de 500 kV” HJ/T24-1998, não é superior a 55 dB(μV/m) em condições meteorológicas claras, a uma frequência de ensaio de 0,5 MHz.

8.1.2 Ruído

Este projeto controla rigorosamente os níveis de ruído durante a seleção do equipamento. Todo o equipamento de ventilação e refrigeração utiliza ventiladores de baixo ruído para garantir que o nível de ruído a 1 metro do exterior do compartimento, durante o funcionamento normal, seja inferior a 70 decibéis.

8.1.3 Emissões de poluentes

As emissões de poluentes incluem a descarga de águas residuais e a descarga de resíduos sólidos.

Durante o período de construção, as águas residuais consistem principalmente em águas residuais de obra e esgotos domésticos gerados pelo pessoal da obra. As águas residuais de obra devem ser descarregadas de forma ordenada, de acordo com o projeto da organização de construção relevante; uma vez que este projeto se situa junto à subestação, os esgotos domésticos serão descarregados utilizando as instalações existentes na subestação.

Os resíduos sólidos durante o período de construção consistem principalmente em resíduos de construção e resíduos domésticos. É necessário que os resíduos sejam removidos e eliminados à medida que são produzidos, para evitar que sejam espalhados pelo vento e poluam o ambiente circundante. 8.2 Segurança no Trabalho

8.2.1 Análise dos principais fatores de risco

(1) Análise dos fatores de risco durante a construção

Durante a construção deste projeto de armazenamento de energia, os tipos de trabalho mais suscetíveis de provocar acidentes de segurança são: trabalhos em altura, operações de transporte e elevação e trabalhos elétricos. Os fatores de risco associados a estes três tipos de trabalho são identificados abaixo.

① Os potenciais fatores de risco no trabalho em altura incluem:

Medidas de proteção inadequadas, trabalho em condições de ventos fortes e queda de equipamento.

② Os potenciais fatores de risco nas operações de transporte e elevação incluem:

Utilização não autorizada, cabos de elevação partidos, sobrecarga, estabilizadores desequilibrados, ângulo de elevação excessivo, operação cruzada, ganchos partidos, ganchos mal fixados, erros operacionais, interruptores de fim de curso com avaria, comando incorreto e elevação em condições de vento forte.

③ Os potenciais fatores de risco nos trabalhos elétricos incluem:

Ausência de proteção contra fugas, operação não autorizada, fugas no equipamento, arco elétrico, soldadura sem equipamento de proteção,

várias máquinas ligadas a um único comutador, cablagem danificada, falta de medidas de proteção, isolamento dos fios danificado, fontes de alimentação incompatíveis entre equipamentos e descargas atmosféricas durante tempestades.

8.2.2 Principais medidas preventivas

(1) Medidas de conceção para a prevenção de incêndios

Após a conclusão e entrada em funcionamento da central de armazenamento de energia, o risco de incêndio decorre principalmente da possibilidade de incêndio e dos potenciais riscos de explosão decorrentes das baterias e de outros materiais inflamáveis. Para reduzir o risco de perigo, devem ser tomadas as seguintes medidas na fase de conceção:

① O espaçamento mínimo entre os módulos pré-fabricados neste projeto não deve ser inferior ao previsto no atual “Código de Concepção de Proteção contra Incêndios para Centrais Térmicas e Subestações” (GB 50229-2006) e do “Código de Concepção de Proteção contra Incêndios de Edifícios” (GB 50016-2014), mantendo uma distância de segurança contra incêndios.

② Os materiais perigosos e os materiais inflamáveis e explosivos devem ser armazenados em quantidades limitadas, sem exceder os limites estabelecidos, e não devem ser misturados com outros artigos. Devem ser armazenados em armazéns específicos.

(2) Medidas preventivas durante a construção

Durante a construção da central de armazenamento de energia, os principais riscos incluem choque elétrico, lesões mecânicas, queimaduras, ruído, queda de objetos, colapso da vala de fundação, altas temperaturas e frio. Para garantir a saúde e a segurança do pessoal e uma produção segura, deve ser claramente identificado o responsável por acidentes durante a construção, devem ser implementadas várias medidas de segurança na construção e os requisitos técnicos de segurança na construção devem ser rigorosamente cumpridos.

8.2.3 Fatores de segurança no trabalho

(1) Medidas de segurança pessoal

A disposição do equipamento de distribuição de energia da central de armazenamento de energia deve estar em conformidade com os procedimentos de segurança no trabalho aplicáveis.

(2) Medidas de segurança contra choques elétricos

Para cumprir os requisitos de segurança do pessoal e do equipamento durante o funcionamento, a conceção da central de armazenamento de energia deve respeitar as distâncias de segurança exigidas para os diversos equipamentos elétricos. Os invólucros dos quadros de distribuição devem estar ligados à terra de forma fiável. Para garantir um funcionamento seguro, os equipamentos elétricos de alta tensão devem estar equipados com dispositivos de interbloqueio completos contra erros de operação, e esses dispositivos não devem ser arbitrariamente desativados.

(3) Valores da intensidade do campo eletromagnético e medidas de proteção para o pessoal

A central de armazenamento de energia deve cumprir as normas ambientais relevantes em matéria de saúde relacionadas com as ondas eletromagnéticas, e os valores da intensidade do campo eletromagnético devem ser inferiores aos limites estabelecidos nas normas nacionais relativas à exposição profissional e à exposição do público.

9 Condições de construção e plano de transporte de equipamento de grande porte

9.1 Plano Geral de Construção

9.1.1 Construção de fundações

A fundação deste projeto tem uma profundidade de enterramento reduzida e não apresenta fossos de fundação profundos. A fabricação das barras de armadura deve ser realizada de acordo com os desenhos, prestando atenção para garantir a espessura da camada protetora da camada inferior das barras de armadura e utilizando espaçadores para assegurar o espaçamento entre as camadas superior e inferior das barras de armadura. Os pontos de intersecção das barras de armadura devem ser amarrados com segurança, ponto a ponto, e qualquer afrouxamento causado por trabalhos de construção subsequentes deve ser reajustado.

A parte acima do solo é executada com betão à vista. É utilizado betão comercial e a construção é realizada de acordo com o processo de construção com betão de grande volume, com vibração minuciosa para evitar defeitos na qualidade da superfície.

9.1.2 Elevação de equipamento

(1) Seleção de gruas

O guindaste deve ser selecionado com base numa capacidade de elevação que não exceda 90% da capacidade máxima nominal de elevação de um guindaste de camião ou 70% da capacidade máxima nominal de elevação de um guindaste sobre lagartas, com um raio de elevação não inferior a 15 m. Os cálculos preliminares indicam que é necessário um guindaste de 35 toneladas para a operação de elevação.

(2) Plano de elevação

A elevação e o transporte serão efetuados pela estrada situada no lado leste da área da estação. A sequência de elevação será de norte para sul. Caso seja utilizado um guindaste sobre esteiras, o veículo de transporte do equipamento poderá ser estacionado na via de acesso, e o equipamento poderá ser posicionado e instalado pelo próprio guindaste que transporta a carga. Serão colocadas tábuas de madeira na superfície da estrada para proteção. Se for utilizado um guindaste móvel, as posições de elevação podem ser definidas nas zonas norte, central e sul, dependendo da capacidade de elevação do guindaste. Os veículos de transporte de equipamento transportarão então o equipamento para as posições de elevação mais convenientes.