压气储能电站智能建造体系及其关键技术.docx

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1、压气储能电站智能建造体系及其关键技术随着“双碳”目标的提出，新能源得到快速发展。国家能源局的相关报告显示，截止2023年上半年，全国新能源装机达到13.22亿kW,发电量达1.34万亿kWh。但是，新能源具有的波动性、随机性和间歇性会导致发电量短期大幅度变化，大规模、高比例新能源接入电力系统会影响电网稳定性，降低电能质量，需要采取措施平衡电力系统的供需差异，储能可以存储冗余电量并在电力短缺时发电，是解决这一需求的途径之一。压气储能(CompressedAirEnergyStoragefCAES)作为新型物理储能受到广泛关注。压气储能电站在用电波谷时段通过压缩机将多余电能以高压空气的形式进行储集

2、，在用电波峰时段利用高压空气膨胀推动透平发电。压气储能的优势在于其较好的适应性，储气装置可以被放置在地下洞穴或已经存在的地下设施中，从而最大程度地减少占地空间。现如今对压气储能的研究已经从试点逐步转为商业应用。2016年在贵州毕节，中科院陈海生团队研究并建造了压气储能国家示范电站，系统发电功率为10M,效率高达60.2%.2021年在江苏金坛，中国第一个60MW300MWh先进绝热压气储能电站成功运行。该电站采用“IF补燃”技术将效率提高到60%以上，在世界上首次实现压缩空气“零碳发电”。伴随着越来越多的压气储能项目规划立项和开工建设，如何更高效安全地建设压气储能电站已成为当前的研究热点。智能

3、建造是一种利用数据分析和F1.动化工具来优化建筑物全生命周期的建造方法。它涵盖从设计、施工、运营到维护和拆除的各个阶段，旨在提高效率、降低成本并提供更优质的建筑和服务，将其引入压气储能电站建设领域可以降低电站建设成木，提高电站建设效率。众多学者针对智能建造领域开展了广泛研究。尤志嘉等8呈现了一个智能建造理论体系的框架，揭示其科学内涵并展示内在逻辑联系。陈珂等提出新一代智能建设体系的信息技术，其特点是数字化、网络化和智能化。樊启祥等提出一套智能构建的闭环控制理论，在定量描述的基础上对新的建设活动进行感知、分析、控制和持续优化。毛超等认为智能建造核心逻辑是基于建筑信息模型(Bui1.dingInf

4、ormationMode1.ing,BIM)和物料清单(Bi1.1.ofMateria1.BOM)的数据统一。BIv是智能建造的核心工具之一。它是一种数字化的建筑信息模型，整合了建筑物的几何形状、构造、材料属性和各种数据，为设计、建造和运营阶段提供全面支持。IHM可以提高协作效率、减少借误、优化资源使用，并在整个建筑生命周期中支持智能决策。上述研究分别从智能建造的理论框架、信息处理、控制策略及核心逻辑等角度开展了论述，但都停留在理论研究阶段，对于智能建造的实际应用并没有涉及。压气储能作为新型物理储能，在其建造体系中融入智能建造具有很大的研究价值。因此，木文将智能建造融入压气储能电站的建造体系中

5、。通过各种智能设备及关键技术从空间及时间各个维度辅助压气储能电站的建设及运维；使得电站建造的各个环节衔接紧密；加强电站建造过程的信息传递。探究压气储能电站建设领域使用智能建造技术对电站建设成本及建设效率的影响。1、压气储能电站工程特点分析与火电站等常规发电系统相比，压气储能电站的工程建造有以下优点：压气储能电站的介质为空气，电站运行中没有大量化石能源地参与，因此建造过程中不需要考虑燃料供应及排放物处理，对周围环境的影响小:压气储能电站结构简单易维护，如压缩机组、膨胀机组、换热器和储气设备等主要设备布置集中，在电站维护阶段，只需定期检查设备和储气装置的状态；压气储能电站可以实现模块化施工和积木式

6、组装，百兆瓦级压气储能电站可以在小型压气储能电站的基础上积木式地逐年扩建，这种建造方法有利于电站设备更新换代。同时.，压气储能电站在建造过程中也会有,一些难点，例如储气设备密封不严、压缩机及膨胀机选型困难等。这些问题都需要建造电站的各单位多次研究探讨，为了提高效率并降低成本，考虑在压气储能电站建造工程中引入智能建造技术。2、压气储能电站的智能建造体系压气储能电站的智能建造体系可分为空间维度和时间维度。2.1 压气储能电站的智能建造空间维度体系压气储能电站的智能建造空间维度体系可分为5个基本层次，分别为压气储能空间层、感知层、传输层、分析层和决策层，如图1所示。压气储能空间层是物理层。感知层负责

7、感知和处理对象。传输层将感知层获取的信息传送至分析层的储存空间。信息在分析层中进行分析处理。决策层的各服务子层调用分析层，智能表达处理结果，并将决策信息反馈网感知层。UArS决玉城决*层,立于Ig0I分析号-1IIdsII*计1.11WRa(MI11MX8(Mr“a依&.工RIifitt任力代9atrbi三-F砸fI嬖知X】图I压气信能电站空间度体系示意图2.1.1 感知层感知层涵盖了数据采集、传感蹈感知、实时监测等技术，目的是获取压气储能电站的数据和信息并将其数字化进行分析和决策。在压气储能电站智能建造的感知层，通过各种感知设备可以实现的功能如表1所示。通过感知层可以实现电站建设过程中各种数

8、据参数的实时监测。在压气储能电站项目中，利用固定式摄像头、移动布控球、AR全景摄像头等监控设备，建立了分布式现场视频监视体系，全面覆盖主要施工作业风险点。利用先进传感技术、数字化技术等实现盐穴地面沉降监测、施工环境监测以及井筒健康监测。表1感知层的功能及优点”ITab.1.Functionsandadvantagesoftheperception1.ayer,5项目功能优点全球导航导航定位,监测电站设备的移动轨迹精度高,实时性强遥感通过卫星、E机等远距离采集地表信息信息多样化,数据范围广射频识别标识物体,监测物品运输、库存管理等附加射频识别标签以实现实时追踪流景传感滴量液体或气体的流屋支持费源

9、管理和流程优化2.1.2传输层传输层涵盖了数据传输、通信网络等技术，旨在实现电站各个基础设施之间的数据交换、共享和处理。传输层通过连接各种智能设备和系统，实现数据的F1.动传输、集成和分析，从而实现更高层次的H动化和智能化。在压气储能电站智能建造的传输层，通过硬件间的信息交换可以实现的功能如表2所示。传输层可以自动数据传输并实时反馈。压气储能电站的传输层具有通信和电力这两种协议。与通用的通信协议相比，电力传输协议用于传输与电力系统相关的数据，如电流、电压、功率因数等：电力系统需要实时监测和响应，因此电力传输协议对据的精度有较高要求：电力传输协议强调数据的安全性、机密性和完整性，对通信身份进行严

10、格验证。表2传输层的功能及优点Tab.2FunctionsandadvantagesofthetransportIaver项目功能优点自动数据传输设着和系统间自动传输数据无需人为干预、实现数据的即时交换通信协议保障设备间通信协议确保可以相互交流并理解传输的数据电力传输协议协助电网监控、管理和优化数据准确安全,具行实时性本地网络建立本地网络使智能设备能宜接互相通信自主协作共享数据、合作控制智能化协作办公实时反馈实时反馈和响应支持系统快速调解优化2.1.3分析层分析层涵盖了数据分析、实时处理、模型预测等技术，从感知层和传输层收集的实时数据中提取有价值的信息和趋势，分析层可以帮助电站工作人员及时做出

11、决策，优化电站管理。通过云数据库及云计算可以实现的功能如衣3所示。分析层的目标是利用实时数据和分析技术，实现对电站及其相关设施的即时监测、预测和优化。这种实时性能够帮助用户迅速做出决策，及时应对变化，提高运行效率和资源利用率。在300VW级压气储能电站示范工程中，实现了工程标段划分、人员智能分析、智能告警、安全风险统计、环境敏感点核查等功能。其中，工程标段划分对现场施工进度进行实时分析，通过记录工程节点，实现各方施工进度调整及相关变动。人员智能分析包括考勤人员统计、特种作业人员分类及统计、请/休假人员统计、各项目部请/休假情况、考勤人数趋势分析等方面。智能预警包括烟火监测、陌生人识别、未戴安全

12、帽、越界侦测等。安全风险统计对作业施工中发生的异常工况进行统计，并对异常工况进行实时分析。表3分析层的功能及优点Tab.3Functionsandadvantagesofthe.Ana1.ysis1.ayer项目功能优点实时监测监测电站及设施的实时状态，防止出现储罐压力过高等向避及时发现能显损失.提高效率实时预测基于实时数据和预测模型,预测未来电站的发电情况提前探知问题，节省成本实时报警发现电站的监测数据出现异常情况,及时通知相关人员弥补人工监控的不足，减少系统误报率和漏报率实时数据可视化将电站输出功率等参数以图衣等形式呈现帮助工作人员直观/解电站情况2.1.4决策层决策层涵盖了人工智能、决策

13、支持等技术，旨在分析从感知层到分析层的数据，为各种决策提供智能化支持和指导。决策层的功能如表4所示，决策层的决策能反馈到设计、制造、施工及运维各个阶段。在300MW级压气储能电站示范工程项目中，智能决策分为依托大云物智移对实时监测到的海量数据进行分析,自主生成问题解决综合最优方案，如在设备（如压缩机、膨胀机等）运行过程中发生严重工况预警，大数据分析平台能及时做出判断，并做出智能决策，实现设备的自主启停。表4决策层的功能及优点Tab.4Functionsandadvantagesofthedecision1.eve1.项目功能优点设计数字化建模、管线综合设计、属性参数和估值可视化、地卜管网设计等

14、可视化设计图纸.降低设计难度制造实现W能化管理,币:要设备虚拟预组装、管道焊缝探伤等加速制造速度,降低零部件误差风险魄工运维降低压气体能电站施匚危险,保障现场人员安全完善压气储能电站管理体系，提高电站工作效率能工顺城实时管理、人员定位及体征感知、作业环境监测设备状态监测、设备拆解智能培训、全生命周期信息库、性能计算与分析2.2压气储能电站时间维度体系压气储能电站时间维度体系可分为4个阶段，分别为智能设计、制造、施工及运维。如图4所示，在智能设计阶段，对电站总体规划做出智能设计方案，对电站的普通构件进行拆分设计，对特殊部件进行单独设计或定制，最终得出设计物料清单及施工方案：在智能制造阶段，工厂根

15、据生产物料清单及方案数据包制定生产准备、材料选购和生产计划，根据计划所提供的交付计划和构件工艺要求来制定生产计划，包括生产进度、物料采购与调配管理等，生产阶段的信息流入施工阶段，以辅助施工单位进行施工进度安排，同时施工阶段的需求和进度信息也会反过来指导构件生产；施工现场的采购和施工信息等汇总到模型中，这是一个数字季生模型，完全模拟了物理空间的建筑实体。可对施工现场的数据进行分析，预测施工进度、预警施工风险、监控施工质量等，从而优化施工安排：在最终的智能运维阶段，通过BIV等平台实现电站智能巡检、设备运行维护等功能。图2缶气储能电站时间雉度体系示意图3、CAES电站的智能建造关键技术在压气储能电站的建造体系中应用智能建造相关的关键技术可以加速电站建造速度并提高电站建设的准确性和安全性。将这些关键技术归纳为智能设计、智能