0引言

目前,國(guó)家在各行各業(yè)大力推廣綠色能源應(yīng)用,部分工業(yè)逐步趨向“零碳排放”,為國(guó)家乃至世界的綠色環(huán)保作出巨大貢獻(xiàn)。然而,在電力工程建設(shè)中,綠色概念處于起步階段,尚有較大的開(kāi)發(fā)應(yīng)用空間[1]。針對(duì)電網(wǎng)設(shè)備(含建筑主體)自用電造成電能損失而增加碳排放的問(wèn)題,結(jié)合綠色能源建設(shè)應(yīng)用概念,提出建筑主體外墻使用光伏幕墻和加裝儲(chǔ)能等設(shè)備的綠色環(huán)保思路。通過(guò)光伏幕墻發(fā)電,供應(yīng)日常自耗,并將余電儲(chǔ)存供夜間使用,以達(dá)到自身接近零碳排放目的,進(jìn)一步在電網(wǎng)建設(shè)中推廣應(yīng)用綠色技術(shù)。

1 技術(shù)原理

1)結(jié)合地方氣候和使用功能因素,使用光伏板作為部分電網(wǎng)建筑主體外墻,起到隔離和發(fā)電作用,同時(shí)美觀時(shí)尚。

2)根據(jù)建筑主體日常自耗能(含夜間),合理設(shè)置光伏發(fā)電和儲(chǔ)能裝機(jī)容量,既滿足日間用電,又能余電儲(chǔ)存并滿足夜間使用。

3)依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和尺寸,光伏幕墻和儲(chǔ)能裝置選取工廠標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品,快速簡(jiǎn)易的拼裝方式減少了現(xiàn)場(chǎng)加工。

4)對(duì)光伏發(fā)電效能和儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行人工智能檢測(cè),減少人力運(yùn)行維護(hù)成本。

5)采用無(wú)源通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)外空氣交換,并進(jìn)一步降低自耗能。

2技術(shù)優(yōu)勢(shì)

本技術(shù)應(yīng)用基于光伏建筑一體化(BuildingIntegratedPhotovoltaic,BIPV)概念[2],光伏發(fā)電組件采用夾膠中空光電玻璃?？紤]組件的發(fā)電效率及電房室內(nèi)天然透光率,屋面采用不透光發(fā)電玻璃,以最大限度發(fā)揮光伏組件的發(fā)電能力;而四側(cè)立面采用透光率為20%的發(fā)電玻璃,確保在最大限度發(fā)揮光伏組件發(fā)電能力的同時(shí)使電房室內(nèi)白天無(wú)須開(kāi)啟照明,降低能耗又滿足白天運(yùn)維作業(yè)要求。另外,利用光伏發(fā)電玻璃夾膠中空結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)電房隔熱功能[3]。

儲(chǔ)能裝置起到儲(chǔ)存余電和夜間供電作用,實(shí)現(xiàn)自給自足(零碳排放)。人工智能技術(shù),除減少人力運(yùn)行維護(hù)外,還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控功能,實(shí)時(shí)掌控設(shè)備狀態(tài),并對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行個(gè)性化調(diào)節(jié)。無(wú)源通風(fēng)系統(tǒng)是使用現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備,通過(guò)優(yōu)化組合形成適合的系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際,它的最大優(yōu)勢(shì)是無(wú)須額外增加研發(fā)成本和自身無(wú)須消耗電能,就可以實(shí)現(xiàn)空氣交換功能。

通過(guò)完善上述技術(shù)的組合應(yīng)用,能夠較好地實(shí)現(xiàn)建設(shè)過(guò)程和使用過(guò)程的綠色環(huán)保。

3 衍生技術(shù)

基于光伏幕墻目前主要起到墻體隔離和外觀裝飾作用,結(jié)合建筑板房拼裝理念,進(jìn)一步加大研發(fā),實(shí)現(xiàn)光伏和儲(chǔ)能融入整個(gè)建筑結(jié)構(gòu),大大減少建筑結(jié)構(gòu)施工造成的污染,并縮短施工周期。同時(shí),模塊化理念、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和拼裝,可統(tǒng)一施工工藝,減少因施工人員工藝參差不齊造成的工程返工,提高施工質(zhì)量,加快工程進(jìn)度。

3.1光伏建筑-體化(BIPV)

常規(guī)電房采用傳統(tǒng)建筑框架外墻結(jié)構(gòu),該技術(shù)則在與周邊建筑風(fēng)格融合的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,針對(duì)屋頂及四個(gè)立面墻身采用光伏發(fā)電玻璃代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑的屋頂及磚砌墻,安裝光伏發(fā)電玻璃后在與建筑外觀保持高度和諧統(tǒng)一的同時(shí)滿足發(fā)電、美觀、采光、遮雨、電房隔熱等需求,體現(xiàn)BIPV理念的先進(jìn)性。

3.2 “近零碳”電房

常規(guī)配電房站用電平均功率合計(jì)3 kw,光伏發(fā)電曲線呈正態(tài)分布,光伏多余電量為儲(chǔ)能電池充電。分析當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境,白天09:00—17:00時(shí)間段站用負(fù)荷可全由光伏發(fā)電供電,且約有63 kw.h盈余電量可送出;17:00—次日09:00需儲(chǔ)能裝置放電來(lái)滿足站用電消耗,約48 kw.h,各時(shí)段數(shù)據(jù)如表1所示。根據(jù)市場(chǎng)通用型號(hào)容量規(guī)格 (30、55kw.h),選用55 kw.h儲(chǔ)能裝置,可以實(shí)現(xiàn)配電房的照明和空調(diào)設(shè)備用電量與光伏發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)電量動(dòng)態(tài)平衡。在陰雨天氣時(shí),光伏不出力情況下,可調(diào)整儲(chǔ)能裝置充電時(shí)間,在電力需求低谷時(shí),儲(chǔ)能裝置充電,儲(chǔ)存電能;在用電高峰期或光伏出力不足時(shí),蓄電池則釋放電能,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)與光伏發(fā)電系統(tǒng)的完美結(jié)合,實(shí)現(xiàn)“近零碳”電房的全面綠色低碳轉(zhuǎn)型。

3.3 無(wú)源換氣系統(tǒng)

常規(guī)配電房一層地面樓板與電房基礎(chǔ)底板之間形成一個(gè)全封閉的電房地下室,地下室凈高1.4 m,主要用于進(jìn)出線電纜敷設(shè)及運(yùn)維檢修,使用率極低,如不設(shè)置換氣系統(tǒng),此類地下室空間長(zhǎng)期與外界隔絕,空氣流通不暢,容易產(chǎn)生有毒、有害等氣體,作業(yè)人員偶爾需要進(jìn)入地下室作業(yè),作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較高?？紤]地下室屬于潮濕空間,如在地下室安裝軸流風(fēng)機(jī)等電氣設(shè)備,電機(jī)容易受潮形成短路故障,使用壽命短。為解決地下室換氣問(wèn)題,在電房外空地上設(shè)置兩個(gè)不銹鋼無(wú)源動(dòng)力換氣風(fēng)帽,在電房地下室左右兩側(cè)預(yù)埋φ200 PVC管至風(fēng)帽立柱,立柱頂部安裝的無(wú)源動(dòng)力換氣風(fēng)帽在自然風(fēng)的吹動(dòng)下工作,可以形成一個(gè)幾乎全天候不間斷工作的循環(huán)換氣系統(tǒng)(圖1)。

換氣風(fēng)帽無(wú)須電源提供動(dòng)力,達(dá)到了環(huán)保實(shí)用的效果。

4 經(jīng)濟(jì)效益

傳統(tǒng)常規(guī)電房施工存在施工周期長(zhǎng)、工序多(砌筑外墻和裝飾外墻等)、工藝參差不齊(受人為主觀因素影響)、投運(yùn)后自耗電能和人力維護(hù)成本高等弊端。與傳統(tǒng)建筑方式砌筑的配電房相比,應(yīng)用光伏儲(chǔ)能等技術(shù)的新型綠色建設(shè)電房,光伏幕墻和儲(chǔ)能裝置等實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)預(yù)制、集中調(diào)試、模塊化配送及安裝,組裝方便快捷,縮短了工期;重點(diǎn)是投運(yùn)后基本不消耗公用電能,同時(shí)減少了人力運(yùn)維成本和主觀因素造成的誤判斷。

在建設(shè)過(guò)程和投產(chǎn)使用中,新型綠色建設(shè)電房效能大大提高,同時(shí)有利于實(shí)現(xiàn)零碳排放的綠色環(huán)保經(jīng)濟(jì)。

5工程實(shí)例應(yīng)用

結(jié)合國(guó)家“百千萬(wàn)”工程、鄉(xiāng)村振興項(xiàng)目和綠色環(huán)保建設(shè)等,選取開(kāi)平市赤坎古鎮(zhèn)旅游區(qū)內(nèi)新建標(biāo)準(zhǔn)配電房作為工程實(shí)例應(yīng)用對(duì)象。

5.1工程名稱及建設(shè)規(guī)模

1)工程名稱:赤坎供電所10 KV公福線小館配電站新建工程。

2)建設(shè)規(guī)模:本工程靜態(tài)總投資為238.9785萬(wàn)元,動(dòng)態(tài)總投資為240.6421萬(wàn)元。以南網(wǎng)典設(shè)的配電站建筑模塊為基礎(chǔ),修改建筑屋頂構(gòu)造,同時(shí)滿足建筑物安全性能要求和BIPV光伏標(biāo)準(zhǔn)組件安裝要求。采用晶硅電池,其對(duì)散射光、折射光、直射光等各種光源都有良好的吸收效應(yīng),具有電流輸出穩(wěn)定、長(zhǎng)時(shí)間光電轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)。使用雙玻璃光伏標(biāo)準(zhǔn)組件,中間采用PVB膠片復(fù)合太陽(yáng)能電池片組成復(fù)合層,具有吸收沖擊的作用,可防止沖擊物穿透,與建筑本身簡(jiǎn)潔的外觀造型融為一體,集功能性、美觀性、實(shí)用性于一身。光伏支架采用模塊化陣列設(shè)計(jì),安裝快捷。

5.210kv電氣部分

如圖2所示,新建小館配電房1間(含新裝自動(dòng)化成套斷路器柜共8面,其中進(jìn)出線柜4面,配變柜2面,母線PT柜1面,進(jìn)線PT柜1面;SCB14—630 KVA干式變壓器1臺(tái),低壓柜4面,DC48 V/55AH直流柜1面;嵌墻式發(fā)電車快接箱1面),安裝配電站地網(wǎng)1套。

5.30.4 kv電氣部分

1)新裝低壓雙電源轉(zhuǎn)換箱1套,新裝低壓電桿重復(fù)接地1套,新裝低壓沿墻重復(fù)接地1套;2)新裝快速換相開(kāi)關(guān)式三相不平衡治理裝置換相器共4套,新裝快速換相開(kāi)關(guān)式三相不平衡治理裝置主控器1套。

5.4 土建部分

1)新建現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)式配電房1間(含玻璃幕墻及鋁板包柱梁、戶外燈光亮化、室內(nèi)照明及通風(fēng)系統(tǒng)、屋頂防雷系統(tǒng));2)新建電房室內(nèi)外裝飾;3)配電房屋面及四側(cè)墻身做BIPV1套;4)新建低壓雙電源轉(zhuǎn)換箱基礎(chǔ)1座。

5.5施工理念

1)積極應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備、新材料和新工藝。按照綠色、低碳思路,選取節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材及環(huán)保、控污等技術(shù)和設(shè)備材料。2)以資源節(jié)約和環(huán)境友好型電網(wǎng)為出發(fā)點(diǎn),選取最優(yōu)設(shè)計(jì)方案,采取優(yōu)選設(shè)備材料、優(yōu)先應(yīng)用節(jié)能降耗新技術(shù)等措施達(dá)到減小對(duì)社會(huì)和環(huán)境影響的目標(biāo)。3)合理控制費(fèi)用,力求資源利用的最大化。環(huán)境事故污染率0%。4)根據(jù)設(shè)計(jì)提供的CAD圖紙,建立模塊化電房主體結(jié)構(gòu)和外墻裝飾等。按照?qǐng)D紙等比設(shè)計(jì)光伏幕墻和儲(chǔ)能裝置等尺寸,實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)預(yù)制、集中調(diào)試、模塊化配送及安裝,組裝方便快捷,縮短工期。5)根據(jù)設(shè)計(jì)方案,結(jié)合廠家生產(chǎn),將部分人工智能設(shè)備一體化成型(含調(diào)試),避免外置影響美觀,同時(shí)降低施工技能要求。6)通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)和幕墻等模塊化拼裝,美化外觀。

7)無(wú)源通風(fēng)系統(tǒng)除實(shí)現(xiàn)通風(fēng)換流外,還能進(jìn)一步將電房?jī)?nèi)溫度降低,營(yíng)造利于設(shè)備運(yùn)行和檢修的環(huán)境。

5.6施工配合保障

1)在工程建設(shè)全過(guò)程中,積極做好現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù),宗旨是全天候、全方位、規(guī)范化、高質(zhì)量服務(wù)。為貫徹我公司為業(yè)主提供“零時(shí)間接觸、零時(shí)間服務(wù)”的深度服務(wù)理念,自本工程開(kāi)工建設(shè)后,成立專業(yè)的工代服務(wù)團(tuán)隊(duì),隨叫隨到,以最快速度解決施工中出現(xiàn)的設(shè)備、材料、工序工法、調(diào)試等問(wèn)題。

2)在現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)期間,選派技術(shù)精湛的工地代表為土建施工、設(shè)備安裝調(diào)試提供深度的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)。工代駐點(diǎn)施工現(xiàn)場(chǎng),即時(shí)解決施工中出現(xiàn)的小問(wèn)題,大問(wèn)題則兩天內(nèi)出具解決方案。

3)進(jìn)場(chǎng)施工前由項(xiàng)目設(shè)總帶領(lǐng)主設(shè)和設(shè)計(jì)代表組,向業(yè)主和施工單位進(jìn)行場(chǎng)景式設(shè)計(jì)技術(shù)交底,包括設(shè)計(jì)意圖、工序工法和安全特殊要求等,并聽(tīng)取各方意見(jiàn)。

4)工地代表負(fù)責(zé)解釋設(shè)計(jì)圖紙,貫徹專業(yè)設(shè)計(jì)意圖,及時(shí)解決施工圖紙中的技術(shù)問(wèn)題,密切與業(yè)主、施工、監(jiān)理、調(diào)試配合,服務(wù)到位,凝聚各方力量,嚴(yán)控工程造價(jià)的同時(shí)確保工程按質(zhì)按量按時(shí)推進(jìn),實(shí)現(xiàn)工程按時(shí)竣工投產(chǎn),成為真正的精品工程。

5)強(qiáng)化工地代表為業(yè)主服務(wù)意識(shí)。做到“想業(yè)主所想,急業(yè)主所急”,以負(fù)責(zé)任的態(tài)度,快捷高效地解決業(yè)主和施工單位提出的問(wèn)題。工代每天駐點(diǎn)施工現(xiàn)場(chǎng),掌握工程施工質(zhì)量,監(jiān)督施工單位貫徹設(shè)計(jì)意圖,正確施工。按照既符合法律法規(guī)要求又能滿足業(yè)主要求的原則,對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題出具我方《工程聯(lián)系單》,通知業(yè)主、監(jiān)理、施工單位,通力合作,確保工程高質(zhì)量竣工。

6成果分析

參照《智能配電標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)CAD(發(fā)布版V3.0)》《廣東電網(wǎng)配網(wǎng)工程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和典型造價(jià)細(xì)化方案(2022年版)》[4],結(jié)合本工程的實(shí)際進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),樣板點(diǎn)嚴(yán)格按照南方電網(wǎng)示范工程樣板點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

小館配電房項(xiàng)目安裝光伏容量10.80 kwp,屋面建筑面積約44m2 ,首年預(yù)計(jì)發(fā)電量1.1萬(wàn)kw.h,在25年運(yùn)行期內(nèi),合計(jì)發(fā)電量25萬(wàn)kw.h,減少CO2排放量約205.08t,減少標(biāo)準(zhǔn)煤消耗量76.84t。傳統(tǒng)混凝土屋面建筑投資1.5萬(wàn)元,BIPV光伏發(fā)電部分投資9.5萬(wàn)元,方案總體投資增加8萬(wàn)元,在滿足配電站站用電需求的情況下,預(yù)計(jì)每年電費(fèi)減少0.8萬(wàn)元,并帶來(lái)25年發(fā)電效益。

本工程應(yīng)用綠色環(huán)保技術(shù),將節(jié)能零碳理念與使用功能串聯(lián)起來(lái),取得了多方面的良好效果,大大降低了自身能耗,同時(shí)減少了運(yùn)行成本。光伏幕墻和儲(chǔ)能等技術(shù)模塊化應(yīng)用,各組件間連接簡(jiǎn)單方便,標(biāo)準(zhǔn)化施工程度高,外觀整體協(xié)調(diào),效果優(yōu)良。

7應(yīng)用推廣與建議

由工程應(yīng)用實(shí)例可知,該綠色環(huán)保技術(shù)取得了較好效果,可在10 kV配電房項(xiàng)目中推廣應(yīng)用。

該技術(shù)應(yīng)用成果可發(fā)散至部分新建變電站建筑主體設(shè)計(jì)施工中,更大范圍嵌入綠色環(huán)保理念。同時(shí),對(duì)于現(xiàn)有配電房和變電站,可根據(jù)實(shí)際進(jìn)行部分改造,在屋頂加裝光伏和儲(chǔ)能,以減少自身消耗的公用電能。同理,在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站中屋頂或發(fā)射塔塔身可新建或加裝光伏和儲(chǔ)能,也可進(jìn)一步降低公用電能的消耗。通過(guò)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)散,形成更加廣泛的社會(huì)面綠色技術(shù)應(yīng)用,無(wú)疑有利于推動(dòng)國(guó)家綠色能源建設(shè)加速,達(dá)到降低碳排放的效果。

[參考文獻(xiàn)]

[1]徐迎華,楊旭東.攻堅(jiān)克難致力綠色能源建設(shè)[J].中國(guó)電力企業(yè)管理,2022(30):35.

[2]李英姿.光伏建筑一體化工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社,2015.

[3] 張臻.光伏系統(tǒng)發(fā)電技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2020.

[4]廣東電網(wǎng)配網(wǎng)工程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和典型造價(jià)細(xì)化方案(2022年版)[Z].

《機(jī)電信息》2025年第16期第1篇