工程項目臨建設(shè)施低碳排放研究及應(yīng)用

姜維杰，徐 斌，張皓杰，張增生，宋興蓓

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司建設(shè)分公司，浙江 杭州 310000）

現(xiàn)階段，白鶴灘—浙江±800 kV特高壓直流輸電工程“零碳臨建”項目已經(jīng)完成了階段性的建設(shè)工作，并且在工程建設(shè)的過程中發(fā)揮出積極作用，通過可以循環(huán)使用的“鋼結(jié)構(gòu)+大幕墻”結(jié)構(gòu)的臨建設(shè)施搭配以“屋頂光伏+儲能系統(tǒng)”配合直流供電設(shè)施為項目現(xiàn)場智慧建筑以及配套控制系統(tǒng)進行供電，能夠?qū)崿F(xiàn)臨建設(shè)施電力使用的自給自足，并且通過“零碳廚房”、充電系統(tǒng)的建設(shè)，對傳統(tǒng)臨建設(shè)施污染較為嚴(yán)重的區(qū)域進行低碳化處理，成功響應(yīng)了國家“實現(xiàn)碳中和、綠色低碳發(fā)展”的號召。

1 系統(tǒng)構(gòu)建情況

在白鶴灘—浙江±800 kV特高壓直流輸電工程“零碳臨建”項目建設(shè)的過程中，主要是由四部分組成低碳排放系統(tǒng)，分別為：鋼結(jié)構(gòu)+預(yù)制艙進行臨建設(shè)施建設(shè)、屋頂光伏+儲能系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)以及智慧臨建系統(tǒng)。通過以上四個部分的建設(shè)可以進一步減少臨建設(shè)施在建設(shè)以及使用過程中的碳排放。

1.1 鋼結(jié)構(gòu)+預(yù)制艙進行臨建設(shè)施建設(shè)

鋼結(jié)構(gòu)自身具有強度較高、韌性好、抗自然災(zāi)害能力較強、材料運輸方便以及安裝等，通過鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用不僅僅提升了臨建設(shè)施的整體強度，還能夠進一步縮減臨建設(shè)施的建設(shè)周期，為臨建設(shè)施的布局設(shè)計提供了更多選擇。現(xiàn)階段預(yù)制艙基本上都是使用模塊化的設(shè)計理念，在工廠完成統(tǒng)一的生產(chǎn)工作，在工程項目臨建設(shè)施的建設(shè)區(qū)域進行組裝即可，預(yù)制倉的規(guī)格、大小相同，能夠為預(yù)制艙臨建規(guī)劃設(shè)計提供極大便利。除此之外，預(yù)制艙通過模塊化設(shè)計理念的應(yīng)用，可以實現(xiàn)移動快速、自由組合、重復(fù)使用的優(yōu)點，在工程項目交付之后，對預(yù)制艙進行拆除與儲藏即可投入下一個工程項目臨建設(shè)施建設(shè)使用中。通過對預(yù)制艙的特點進行分析發(fā)現(xiàn)，其具有循環(huán)使用的特點，符合我國臨建設(shè)施低碳排放的要求，不僅減少工程項目建設(shè)企業(yè)在臨建設(shè)施中的成本投入，并且減少臨建設(shè)施建設(shè)對周圍環(huán)境所產(chǎn)生的影響。并且在臨建設(shè)施建設(shè)的過程中進行科學(xué)的設(shè)計，能夠使臨建設(shè)施的光照更為充分，減少日間燈光的使用，實現(xiàn)智能節(jié)點的目標(biāo)。該項目實現(xiàn)了我國工程項目臨建設(shè)施低碳排放從研究到實踐的突破，為以后的臨建低碳排放研究與實踐提供了參考對象，對于我國的臨建設(shè)施的發(fā)展來說具有重要的現(xiàn)實意義。

1.2 屋頂光伏+儲能系統(tǒng)

在過去的臨建項目建設(shè)的過程中，一般都是使用施工現(xiàn)場的臨時變壓器進行供電，這就使得臨時變壓器不僅僅需要向工程項目施工現(xiàn)場的大型機械設(shè)備供電，還需要向臨建設(shè)施中的設(shè)備進行供電，兩者相加造成施工區(qū)域的整體負(fù)荷較大，并且不利于臨建設(shè)施進行獨立的低碳供電措施的應(yīng)用，從而造成大量的碳排放。通過新能源的利用實現(xiàn)臨建設(shè)施的獨立供電是現(xiàn)階段實現(xiàn)低碳排放的主要措施，臨建設(shè)施整體建設(shè)面積較大擁有豐富的屋頂資源，可以在屋頂上使用太陽能光伏發(fā)電板來為臨建設(shè)施提供電力，基本上可以使臨建設(shè)施實現(xiàn)電力供應(yīng)獨立。在太陽能光伏發(fā)電板安裝的過程中應(yīng)當(dāng)考慮其穩(wěn)定性，可以使用鋁合金型材和屋面龍骨來加強陶陽能光伏發(fā)電板與臨建設(shè)施屋頂?shù)逆溄樱⑶以摲N設(shè)計能夠有效減少預(yù)制艙屋頂開裂情況，減少使用專用導(dǎo)軌耗材，在使用完成之后可以進行拆卸與重復(fù)使用。

雖然通過屋頂光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)臨建設(shè)施獨立供電、低碳排放的需求，但是太陽能受到環(huán)境的影響較為明顯，一旦出現(xiàn)連續(xù)的陰雨天氣其發(fā)電效率將會出現(xiàn)較大的浮動，可以在光伏發(fā)電的基礎(chǔ)上進行儲能系統(tǒng)的應(yīng)用，將用電低谷時所產(chǎn)生的冗余電量進行存儲，從建設(shè)成為臨建設(shè)施內(nèi)部獨立使用、集發(fā)電、儲電、用電為一體的微電網(wǎng)，提升對太陽能的利用效率，但是需要注意的是：一部分的交流用電設(shè)備需要使用DC-AC逆變器進行轉(zhuǎn)換。

1.3 直流供電系統(tǒng)

在低碳臨建設(shè)施建設(shè)的過程中內(nèi)部使用的是直流供電系統(tǒng)，這主要是因為光伏、儲能設(shè)備均是使用的直流供電，并且直流供電自身具有同時供應(yīng)大量設(shè)備使用、供電穩(wěn)定性較高、線材損耗較低以及安全性較高的特點，臨建設(shè)施中的設(shè)備可以對直流電進行交流電源經(jīng)整流后實現(xiàn)供電，直流供電始終是臨建設(shè)施電器設(shè)備使用的第一選擇。在直流供電系統(tǒng)基礎(chǔ)上通過DC/AC變換器的使用可以形成一個直流微網(wǎng)，具備直流供電能力的部分電器可以選擇不進行變換器的處理，從而由直流電網(wǎng)進行直接供電，能夠有效減少DC/AC變換器在逆變過程中損耗較高的問題。從現(xiàn)階段的設(shè)備使用情況來看，臨建設(shè)施的辦公區(qū)域絕大多數(shù)電氣設(shè)備都是采用的直流供電，例如：全部的照明設(shè)備、打印復(fù)印設(shè)備、電腦供電設(shè)備、投影設(shè)備、移動電話供電設(shè)備等等。

1.4 智慧臨建

智慧臨建的應(yīng)用能夠有效促進臨建設(shè)施低碳排放目標(biāo)的實現(xiàn)，并且實現(xiàn)對相關(guān)低碳排放的精細(xì)化管理，智慧臨建還能夠進一步提升臨建區(qū)域的安防效果。通過5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云存儲技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)⑴R建設(shè)施中的設(shè)備形成一個有機互聯(lián)的整體，實現(xiàn)讓物體能“感知”、物體能“說話”、物體能“溝通”、物體能“判斷”等，包括固定視頻監(jiān)控、無人機視頻監(jiān)控、施工場地人員定位、臺風(fēng)預(yù)警監(jiān)測、天氣預(yù)報監(jiān)測、現(xiàn)場高支模設(shè)施的實時監(jiān)測，深基坑精度檢測、深基坑應(yīng)急救援管理等，展示工程當(dāng)前安全風(fēng)險管理工作情況，這些臨建設(shè)施使用的電力來源可以為直流電。

2 臨建設(shè)施低碳排放技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 智慧設(shè)施

可以在各種可能造成資源浪費的設(shè)備商進行智能化的設(shè)計，如智能衛(wèi)生間、智能充電樁、智能會議室、智能路燈等等?？梢栽谠O(shè)備的內(nèi)部進行微型計算機的應(yīng)用，形成對周圍環(huán)境的感知，并且自動調(diào)節(jié)自身的運行狀態(tài)。就以智能路燈建設(shè)來說，其在路燈的頂部進行太陽能光伏發(fā)電板的建設(shè)，不僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)自身耗電的自給自足，并且與臨建設(shè)施的儲電系統(tǒng)進行連接，充分利用路燈所提供的高空太陽能資源。通過傳感器的應(yīng)用可以實現(xiàn)對路燈運行周圍環(huán)境的感知，自動的調(diào)節(jié)亮度以及開關(guān)情況，實現(xiàn)智能節(jié)電。

2.2 人員管理

人員管理通過現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、云存儲等先進的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效擺脫傳統(tǒng)人工管理模式的限制，通過數(shù)據(jù)處理使人員管理向著智能化、高效化、合理化的方向發(fā)展，通過Dubbo軟件的應(yīng)用實現(xiàn)人員流動數(shù)據(jù)的動態(tài)輸入，最終構(gòu)建由大屏指揮端、移動應(yīng)用、后臺網(wǎng)頁管理端為一體的人員數(shù)字管控系統(tǒng)。

2.3 智慧監(jiān)控

監(jiān)控設(shè)備是臨建設(shè)施建設(shè)過程中的重要項目之一，在實際的臨建設(shè)施建設(shè)的過程中，可以在“智能安防+”系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，積極進行智能監(jiān)控的布局，不僅僅使其覆蓋所有的臨建區(qū)域，還應(yīng)當(dāng)使其具有感知、判斷、數(shù)據(jù)傳達(dá)功能，能夠?qū)^往的車輛、人員進行自主的識別，分辨其是否屬于工程項目臨建設(shè)施中的在編人員，一旦出現(xiàn)安全事故，通過智能監(jiān)控來進行快速排查。并且臨建設(shè)施所使用到的監(jiān)控供電均來自于光伏-儲能系統(tǒng)。

3 材料與資源利用技術(shù)要點分析

伴隨著工程項目的發(fā)展，對于臨建設(shè)施的建設(shè)提出了更高的要求，現(xiàn)階段我國的臨建設(shè)施整體向著低碳化、智能化的方向發(fā)展。工程項目臨建設(shè)施的低碳排放研究在我國處于摸索起步階段，各項低碳措施的研究相對于西方發(fā)達(dá)國家來說較為落后。在進行臨建設(shè)施施工的過程中需要做到環(huán)保施工、綠色施工，想要實現(xiàn)這一點必須要從材料的方面入手，進行科學(xué)、合理的材料選擇，優(yōu)先使用可回收、可重復(fù)利用的材料來進行臨建設(shè)施的施工。在存儲、運輸、采購、入場多個環(huán)節(jié)進行材料質(zhì)量的控制，避免因為材料質(zhì)量下降而帶來的浪費。除此之外通過模塊化建筑方式的應(yīng)用能夠有效避免建筑過程中出現(xiàn)揚塵等情況。

4 光伏電站逆變器的控制技術(shù)

4.1 逆變器多模式控制技術(shù)

在該項目建設(shè)的過程中，逆變器多模式控制技術(shù)使用的是MPPT方法，其應(yīng)用的最主要的目的就是使光伏陣列能夠在應(yīng)用環(huán)境改變的情況下仍然能夠獲得較大的輸出功率，從而提升光伏陣列的發(fā)電效率。在MPPT控制技術(shù)的基礎(chǔ)上使用了導(dǎo)納增量法，因為與常規(guī)臨建設(shè)施中所使用的恒壓法、擾動觀測法等傳統(tǒng)控制方法相比較，導(dǎo)納增量法具有準(zhǔn)確性較高的特點，并且在極短的惡劣天氣條件下也擁有較強的跟蹤性，因此導(dǎo)納增量法的適用范圍越來越廣。由光伏陣列的P-U特性曲線可知，存在唯一的最大功率點，并且在最大功率點處，功率對電壓的導(dǎo)數(shù)為零。當(dāng)輸出電導(dǎo)的變化量等于輸出電導(dǎo)的負(fù)值時，光伏陣列工作在最大功率點上，這就是導(dǎo)納增量法的基本原理，因此可以得出：P=U×I，dP/dU=I+U×dI/dU=0，dI/dU=-I/U。通過上述的公式可以看出，當(dāng)輸出電導(dǎo)的變化量與輸出電導(dǎo)負(fù)值處于相等的狀態(tài)時，臨建設(shè)施的光伏陣列的發(fā)電功率處于最高狀態(tài)，這具體的逆變器多模式控制技術(shù)如圖1所示（導(dǎo)納增量法）。

圖1 導(dǎo)納增量法流程圖

4.2 有功功率控制技術(shù)

本項目的有功功率控制使用的是以二階廣義積分器為基礎(chǔ)構(gòu)成的二階帶通濾波器，通過二階帶通濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)臨建設(shè)施電網(wǎng)內(nèi)的正負(fù)序電壓的檢測。該種儀器使用的基本原理為三相電路的傳統(tǒng)對稱分量法。由于零序電壓不在三線系統(tǒng)中傳播，只傳播于星三角變壓器二次側(cè)，所以此時可以不用考慮，于是得到正序和負(fù)序分量的瞬時值。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，通過鋼結(jié)構(gòu)+預(yù)制艙進行臨建設(shè)施建設(shè)、屋頂光伏+儲能系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)以及智慧臨建系統(tǒng)的應(yīng)用能夠做到臨建設(shè)施內(nèi)的能源消耗自給自足，真正實現(xiàn)“零碳”排放，值得國內(nèi)廣大的臨建設(shè)計人員進行參考與借鑒。