工程項目臨建設施低碳排放研究及應用

姜維杰，徐 斌，張皓杰，張增生，宋興蓓

（國網浙江省電力有限公司建設分公司，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”項目已經完成了階段性的建設工作，并且在工程建設的過程中發(fā)揮出積極作用，通過可以循環(huán)使用的“鋼結構+大幕墻”結構的臨建設施搭配以“屋頂光伏+儲能系統(tǒng)”配合直流供電設施為項目現(xiàn)場智慧建筑以及配套控制系統(tǒng)進行供電，能夠實現(xiàn)臨建設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，對傳統(tǒng)臨建設施污染較為嚴重的區(qū)域進行低碳化處理，成功響應了國家“實現(xiàn)碳中和、綠色低碳發(fā)展”的號召。

1 系統(tǒng)構建情況

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：鋼結構+預制艙進行臨建設施建設、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可以進一步減少臨建設施在建設以及使用過程中的碳排放。

1.1 鋼結構+預制艙進行臨建設施建設

鋼結構自身具有強度較高、韌性好、抗自然災害能力較強、材料運輸方便以及安裝等，通過鋼結構的應用不僅僅提升了臨建設施的整體強度，還能夠進一步縮減臨建設施的建設周期，為臨建設施的布局設計提供了更多選擇。現(xiàn)階段預制艙基本上都是使用模塊化的設計理念，在工廠完成統(tǒng)一的生產工作，在工程項目臨建設施的建設區(qū)域進行組裝即可，預制倉的規(guī)格、大小相同，能夠為預制艙臨建規(guī)劃設計提供極大便利。除此之外，預制艙通過模塊化設計理念的應用，可以實現(xiàn)移動快速、自由組合、重復使用的優(yōu)點，在工程項目交付之后，對預制艙進行拆除與儲藏即可投入下一個工程項目臨建設施建設使用中。通過對預制艙的特點進行分析發(fā)現(xiàn)，其具有循環(huán)使用的特點，符合我國臨建設施低碳排放的要求，不僅減少工程項目建設企業(yè)在臨建設施中的成本投入，并且減少臨建設施建設對周圍環(huán)境所產生的影響。并且在臨建設施建設的過程中進行科學的設計，能夠使臨建設施的光照更為充分，減少日間燈光的使用，實現(xiàn)智能節(jié)點的目標。該項目實現(xiàn)了我國工程項目臨建設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)場的大型機械設備供電，還需要向臨建設施中的設備進行供電，兩者相加造成施工區(qū)域的整體負荷較大，并且不利于臨建設施進行獨立的低碳供電措施的應用，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，臨建設施整體建設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)電板來為臨建設施提供電力，基本上可以使臨建設施實現(xiàn)電力供應獨立。在太陽能光伏發(fā)電板安裝的過程中應當考慮其穩(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)電板與臨建設施屋頂?shù)逆溄樱⑶以摲N設計能夠有效減少預制艙屋頂開裂情況，減少使用專用導軌耗材，在使用完成之后可以進行拆卸與重復使用。

雖然通過屋頂光伏發(fā)電技術的應用能夠實現(xiàn)臨建設施獨立供電、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)電的基礎上進行儲能系統(tǒng)的應用，將用電低谷時所產生的冗余電量進行存儲，從建設成為臨建設施內部獨立使用、集發(fā)電、儲電、用電為一體的微電網，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備需要使用DC-AC逆變器進行轉換。

1.3 直流供電系統(tǒng)

在低碳臨建設施建設的過程中內部使用的是直流供電系統(tǒng)，這主要是因為光伏、儲能設備均是使用的直流供電，并且直流供電自身具有同時供應大量設備使用、供電穩(wěn)定性較高、線材損耗較低以及安全性較高的特點，臨建設施中的設備可以對直流電進行交流電源經整流后實現(xiàn)供電，直流供電始終是臨建設施電器設備使用的第一選擇。在直流供電系統(tǒng)基礎上通過DC/AC變換器的使用可以形成一個直流微網，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)階段的設備使用情況來看，臨建設施的辦公區(qū)域絕大多數(shù)電氣設備都是采用的直流供電，例如：全部的照明設備、打印復印設備、電腦供電設備、投影設備、移動電話供電設備等等。

1.4 智慧臨建

智慧臨建的應用能夠有效促進臨建設施低碳排放目標的實現(xiàn)，并且實現(xiàn)對相關低碳排放的精細化管理，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、物聯(lián)網技術、云存儲技術的應用，能夠將臨建設施中的設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、臺風預警監(jiān)測、天氣預報監(jiān)測、現(xiàn)場高支模設施的實時監(jiān)測，深基坑精度檢測、深基坑應急救援管理等，展示工程當前安全風險管理工作情況，這些臨建設施使用的電力來源可以為直流電。

2 臨建設施低碳排放技術應用現(xiàn)狀

2.1 智慧設施

可以在各種可能造成資源浪費的設備商進行智能化的設計，如智能衛(wèi)生間、智能充電樁、智能會議室、智能路燈等等。可以在設備的內部進行微型計算機的應用，形成對周圍環(huán)境的感知，并且自動調節(jié)自身的運行狀態(tài)。就以智能路燈建設來說，其在路燈的頂部進行太陽能光伏發(fā)電板的建設，不僅僅能夠實現(xiàn)自身耗電的自給自足，并且與臨建設施的儲電系統(tǒng)進行連接，充分利用路燈所提供的高空太陽能資源。通過傳感器的應用可以實現(xiàn)對路燈運行周圍環(huán)境的感知，自動的調節(jié)亮度以及開關情況，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、大數(shù)據、云計算、云存儲等先進的計算機網絡技術的應用，能夠有效擺脫傳統(tǒng)人工管理模式的限制，通過數(shù)據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軟件的應用實現(xiàn)人員流動數(shù)據的動態(tài)輸入，最終構建由大屏指揮端、移動應用、后臺網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)控設備是臨建設施建設過程中的重要項目之一，在實際的臨建設施建設的過程中，可以在“智能安防+”系統(tǒng)的基礎上，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，還應當使其具有感知、判斷、數(shù)據傳達功能，能夠對過往的車輛、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要點分析

伴隨著工程項目的發(fā)展，對于臨建設施的建設提出了更高的要求，現(xiàn)階段我國的臨建設施整體向著低碳化、智能化的方向發(fā)展。工程項目臨建設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)達國家來說較為落后。在進行臨建設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、合理的材料選擇，優(yōu)先使用可回收、可重復利用的材料來進行臨建設施的施工。在存儲、運輸、采購、入場多個環(huán)節(jié)進行材料質量的控制，避免因為材料質量下降而帶來的浪費。除此之外通過模塊化建筑方式的應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

4.1 逆變器多模式控制技術

在該項目建設的過程中，逆變器多模式控制技術使用的是MPPT方法，其應用的最主要的目的就是使光伏陣列能夠在應用環(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控制技術的基礎上使用了導納增量法，因為與常規(guī)臨建設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，導納增量法具有準確性較高的特點，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，功率對電壓的導數(shù)為零。當輸出電導的變化量等于輸出電導的負值時，光伏陣列工作在最大功率點上，這就是導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，當輸出電導的變化量與輸出電導負值處于相等的狀態(tài)時，臨建設施的光伏陣列的發(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如圖1所示（導納增量法）。

圖1 導納增量法流程圖

4.2 有功功率控制技術

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構成的二階帶通濾波器，通過二階帶通濾波器能夠實現(xiàn)臨建設施電網內的正負序電壓的檢測。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，所以此時可以不用考慮，于是得到正序和負序分量的瞬時值。

5 總結與展望

綜上所述，通過鋼結構+預制艙進行臨建設施建設、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)的應用能夠做到臨建設施內的能源消耗自給自足，真正實現(xiàn)“零碳”排放，值得國內廣大的臨建設計人員進行參考與借鑒。