小型配电房绿色建设技术应用分析

0引言

目前,国家在各行各业大力推广绿色能源应用,部分工业逐步趋向“零碳排放”,为国家乃至世界的绿色环保作出巨大贡献。然而,在电力工程建设中,绿色概念处于起步阶段,尚有较大的开发应用空间[1]。针对电网设备(含建筑主体)自用电造成电能损失而增加碳排放的问题,结合绿色能源建设应用概念,提出建筑主体外墙使用光伏幕墙和加装储能等设备的绿色环保思路。通过光伏幕墙发电,供应日常自耗,并将余电储存供夜间使用,以达到自身接近零碳排放目的,进一步在电网建设中推广应用绿色技术。

1 技术原理

1)结合地方气候和使用功能因素,使用光伏板作为部分电网建筑主体外墙,起到隔离和发电作用,同时美观时尚。

2)根据建筑主体日常自耗能(含夜间),合理设置光伏发电和储能装机容量,既满足日间用电,又能余电储存并满足夜间使用。

3)依据设计标准和尺寸,光伏幕墙和储能装置选取工厂标准化产品,快速简易的拼装方式减少了现场加工。

4)对光伏发电效能和储能设备进行人工智能检测,减少人力运行维护成本。

5)采用无源通风系统实现内外空气交换,并进一步降低自耗能。

2技术优势

本技术应用基于光伏建筑一体化(BuildingIntegratedPhotovoltaic,BIPV)概念[2],光伏发电组件采用夹胶中空光电玻璃。考虑组件的发电效率及电房室内天然透光率,屋面采用不透光发电玻璃,以最大限度发挥光伏组件的发电能力;而四侧立面采用透光率为20%的发电玻璃,确保在最大限度发挥光伏组件发电能力的同时使电房室内白天无须开启照明,降低能耗又满足白天运维作业要求。另外,利用光伏发电玻璃夹胶中空结构的特点,实现电房隔热功能[3]。

储能装置起到储存余电和夜间供电作用,实现自给自足(零碳排放)。人工智能技术,除减少人力运行维护外,还可以实现远程遥控功能,实时掌控设备状态,并对运行状态进行个性化调节。无源通风系统是使用现有通风设备,通过优化组合形成适合的系统应用于实际,它的最大优势是无须额外增加研发成本和自身无须消耗电能,就可以实现空气交换功能。

通过完善上述技术的组合应用,能够较好地实现建设过程和使用过程的绿色环保。

3 衍生技术

基于光伏幕墙目前主要起到墙体隔离和外观装饰作用,结合建筑板房拼装理念,进一步加大研发,实现光伏和储能融入整个建筑结构,大大减少建筑结构施工造成的污染,并缩短施工周期。同时,模块化理念、标准化生产和拼装,可统一施工工艺,减少因施工人员工艺参差不齐造成的工程返工,提高施工质量,加快工程进度。

3.1光伏建筑-体化(BIPV)

常规电房采用传统建筑框架外墙结构,该技术则在与周边建筑风格融合的钢筋混凝土框架结构基础上,针对屋顶及四个立面墙身采用光伏发电玻璃代替传统建筑的屋顶及砖砌墙,安装光伏发电玻璃后在与建筑外观保持高度和谐统一的同时满足发电、美观、采光、遮雨、电房隔热等需求,体现BIPV理念的先进性。

3.2 “近零碳”电房

常规配电房站用电平均功率合计3 kw,光伏发电曲线呈正态分布,光伏多余电量为储能电池充电。分析当地气候环境,白天09:00—17:00时间段站用负荷可全由光伏发电供电,且约有63 kw.h盈余电量可送出;17:00—次日09:00需储能装置放电来满足站用电消耗,约48 kw.h,各时段数据如表1所示。根据市场通用型号容量规格 (30、55kw.h),选用55 kw.h储能装置,可以实现配电房的照明和空调设备用电量与光伏发电和储能系统电量动态平衡。在阴雨天气时,光伏不出力情况下,可调整储能装置充电时间,在电力需求低谷时,储能装置充电,储存电能;在用电高峰期或光伏出力不足时,蓄电池则释放电能,实现储能技术与光伏发电系统的完美结合,实现“近零碳”电房的全面绿色低碳转型。

3.3 无源换气系统

常规配电房一层地面楼板与电房基础底板之间形成一个全封闭的电房地下室,地下室净高1.4 m,主要用于进出线电缆敷设及运维检修,使用率极低,如不设置换气系统,此类地下室空间长期与外界隔绝,空气流通不畅,容易产生有毒、有害等气体,作业人员偶尔需要进入地下室作业,作业风险较高。考虑地下室属于潮湿空间,如在地下室安装轴流风机等电气设备,电机容易受潮形成短路故障,使用寿命短。为解决地下室换气问题,在电房外空地上设置两个不锈钢无源动力换气风帽,在电房地下室左右两侧预埋φ200 PVC管至风帽立柱,立柱顶部安装的无源动力换气风帽在自然风的吹动下工作,可以形成一个几乎全天候不间断工作的循环换气系统(图1)。

换气风帽无须电源提供动力,达到了环保实用的效果。

4 经济效益

传统常规电房施工存在施工周期长、工序多(砌筑外墙和装饰外墙等)、工艺参差不齐(受人为主观因素影响)、投运后自耗电能和人力维护成本高等弊端。与传统建筑方式砌筑的配电房相比,应用光伏储能等技术的新型绿色建设电房,光伏幕墙和储能装置等实现工厂内预制、集中调试、模块化配送及安装,组装方便快捷,缩短了工期;重点是投运后基本不消耗公用电能,同时减少了人力运维成本和主观因素造成的误判断。

在建设过程和投产使用中,新型绿色建设电房效能大大提高,同时有利于实现零碳排放的绿色环保经济。

5工程实例应用

结合国家“百千万”工程、乡村振兴项目和绿色环保建设等,选取开平市赤坎古镇旅游区内新建标准配电房作为工程实例应用对象。

5.1工程名称及建设规模

1)工程名称:赤坎供电所10 KV公福线小馆配电站新建工程。

2)建设规模:本工程静态总投资为238.9785万元,动态总投资为240.6421万元。以南网典设的配电站建筑模块为基础,修改建筑屋顶构造,同时满足建筑物安全性能要求和BIPV光伏标准组件安装要求。采用晶硅电池,其对散射光、折射光、直射光等各种光源都有良好的吸收效应,具有电流输出稳定、长时间光电转换等优点。使用双玻璃光伏标准组件,中间采用PVB胶片复合太阳能电池片组成复合层,具有吸收冲击的作用,可防止冲击物穿透,与建筑本身简洁的外观造型融为一体,集功能性、美观性、实用性于一身。光伏支架采用模块化阵列设计,安装快捷。

5.210kv电气部分

如图2所示,新建小馆配电房1间(含新装自动化成套断路器柜共8面,其中进出线柜4面,配变柜2面,母线PT柜1面,进线PT柜1面;SCB14—630 KVA干式变压器1台,低压柜4面,DC48 V/55AH直流柜1面;嵌墙式发电车快接箱1面),安装配电站地网1套。

5.30.4 kv电气部分

1)新装低压双电源转换箱1套,新装低压电杆重复接地1套,新装低压沿墙重复接地1套;2)新装快速换相开关式三相不平衡治理装置换相器共4套,新装快速换相开关式三相不平衡治理装置主控器1套。

5.4 土建部分

1)新建现浇框架结构式配电房1间(含玻璃幕墙及铝板包柱梁、户外灯光亮化、室内照明及通风系统、屋顶防雷系统);2)新建电房室内外装饰;3)配电房屋面及四侧墙身做BIPV1套;4)新建低压双电源转换箱基础1座。

5.5施工理念

1)积极应用新技术、新设备、新材料和新工艺。按照绿色、低碳思路,选取节地、节能、节水、节材及环保、控污等技术和设备材料。2)以资源节约和环境友好型电网为出发点,选取最优设计方案,采取优选设备材料、优先应用节能降耗新技术等措施达到减小对社会和环境影响的目标。3)合理控制费用,力求资源利用的最大化。环境事故污染率0%。4)根据设计提供的CAD图纸,建立模块化电房主体结构和外墙装饰等。按照图纸等比设计光伏幕墙和储能装置等尺寸,实现工厂内预制、集中调试、模块化配送及安装,组装方便快捷,缩短工期。5)根据设计方案,结合厂家生产,将部分人工智能设备一体化成型(含调试),避免外置影响美观,同时降低施工技能要求。6)通过建筑结构预设和幕墙等模块化拼装,美化外观。

7)无源通风系统除实现通风换流外,还能进一步将电房内温度降低,营造利于设备运行和检修的环境。

5.6施工配合保障

1)在工程建设全过程中,积极做好现场技术服务,宗旨是全天候、全方位、规范化、高质量服务。为贯彻我公司为业主提供“零时间接触、零时间服务”的深度服务理念,自本工程开工建设后,成立专业的工代服务团队,随叫随到,以最快速度解决施工中出现的设备、材料、工序工法、调试等问题。

2)在现场服务期间,选派技术精湛的工地代表为土建施工、设备安装调试提供深度的现场技术服务。工代驻点施工现场,即时解决施工中出现的小问题,大问题则两天内出具解决方案。

3)进场施工前由项目设总带领主设和设计代表组,向业主和施工单位进行场景式设计技术交底,包括设计意图、工序工法和安全特殊要求等,并听取各方意见。

4)工地代表负责解释设计图纸,贯彻专业设计意图,及时解决施工图纸中的技术问题,密切与业主、施工、监理、调试配合,服务到位,凝聚各方力量,严控工程造价的同时确保工程按质按量按时推进,实现工程按时竣工投产,成为真正的精品工程。

5)强化工地代表为业主服务意识。做到“想业主所想,急业主所急”,以负责任的态度,快捷高效地解决业主和施工单位提出的问题。工代每天驻点施工现场,掌握工程施工质量,监督施工单位贯彻设计意图,正确施工。按照既符合法律法规要求又能满足业主要求的原则,对出现的问题出具我方《工程联系单》,通知业主、监理、施工单位,通力合作,确保工程高质量竣工。

6成果分析

参照《智能配电标准设计CAD(发布版V3.0)》《广东电网配网工程标准设计和典型造价细化方案(2022年版)》[4],结合本工程的实际进行优化设计,样板点严格按照南方电网示范工程样板点设计标准执行。

小馆配电房项目安装光伏容量10.80 kwp,屋面建筑面积约44m2 ,首年预计发电量1.1万kw.h,在25年运行期内,合计发电量25万kw.h,减少CO2排放量约205.08t,减少标准煤消耗量76.84t。传统混凝土屋面建筑投资1.5万元,BIPV光伏发电部分投资9.5万元,方案总体投资增加8万元,在满足配电站站用电需求的情况下,预计每年电费减少0.8万元,并带来25年发电效益。

本工程应用绿色环保技术,将节能零碳理念与使用功能串联起来,取得了多方面的良好效果,大大降低了自身能耗,同时减少了运行成本。光伏幕墙和储能等技术模块化应用,各组件间连接简单方便,标准化施工程度高,外观整体协调,效果优良。

7应用推广与建议

由工程应用实例可知,该绿色环保技术取得了较好效果,可在10 kV配电房项目中推广应用。

该技术应用成果可发散至部分新建变电站建筑主体设计施工中,更大范围嵌入绿色环保理念。同时,对于现有配电房和变电站,可根据实际进行部分改造,在屋顶加装光伏和储能,以减少自身消耗的公用电能。同理,在移动网络基站中屋顶或发射塔塔身可新建或加装光伏和储能,也可进一步降低公用电能的消耗。通过应用技术的发散,形成更加广泛的社会面绿色技术应用,无疑有利于推动国家绿色能源建设加速,达到降低碳排放的效果。

[参考文献]

[1]徐迎华,杨旭东.攻坚克难致力绿色能源建设[J].中国电力企业管理,2022(30):35.

[2]李英姿.光伏建筑一体化工程设计与应用[M].北京:中国电力出版社,2015.

[3] 张臻.光伏系统发电技术[M].北京:电子工业出版社,2020.

[4]广东电网配网工程标准设计和典型造价细化方案(2022年版)[Z].

《机电信息》2025年第16期第1篇