В настоящее время большинство людей уделяют внимание сокращению выбросов углекислого газа в зданиях постоянного назначения. Исследований, посвященных мерам по сокращению выбросов углекислого газа в временных зданиях на строительных площадках, немного. Проектные отделы на строительных площадках со сроком службы менее 5 лет обычно используют многоразовые модульные дома, которые можно использовать повторно, что позволяет сократить количество отходов строительных материалов и уменьшить выбросы углекислого газа.
В целях дальнейшего сокращения выбросов углекислого газа в данном проекте разработана поворотная модульная фотоэлектрическая система для проекта модульного дома с поворотным механизмом, обеспечивающая экологически чистую энергию во время его эксплуатации. Аналогичная поворотная фотоэлектрическая система устанавливается на временном здании проектного отдела на строительной площадке, при этом стандартизированная фотоэлектрическая опора и ее проектирование выполнены модульным способом, а модульная интегрированная конструкция осуществляется с определенной спецификацией модульных элементов для формирования интегрированного и модульного, разборного и поворотного технического изделия. Этот продукт повышает эффективность энергопотребления проектного отдела за счет «гибкой технологии прямого солнечного аккумулирования», сокращает выбросы углекислого газа во время эксплуатации временных зданий на строительной площадке и обеспечивает техническую поддержку для реализации цели создания зданий с почти нулевым выбросом углекислого газа.
Распределенная энергетика — это метод энергоснабжения, который объединяет производство и потребление энергии на стороне потребителя, что снижает потери при передаче энергии. Здания, как основная часть потребителей энергии, используют неиспользуемую энергию фотоэлектрических систем на крышах для реализации самопотребления, что может способствовать развитию распределенных систем хранения энергии и отвечать на национальные цели по достижению двойной углеродной цели и предложениям 14-й пятилетки. Самопотребление энергии в зданиях может повысить роль строительной отрасли в достижении страной двойной углеродной цели.
В данном исследовании изучается эффект самопотребления при выработке электроэнергии с помощью временных фотоэлектрических систем на строительных площадках, а также исследуется эффект сокращения выбросов углерода при использовании модульных фотоэлектрических технологий. Основное внимание уделяется проектированию модульных домов на строительной площадке. С одной стороны, поскольку строительная площадка представляет собой временное сооружение, этот аспект легко игнорируется в процессе проектирования. Энергопотребление на единицу площади временных зданий обычно высокое. После оптимизации проекта выбросы углерода могут быть эффективно сокращены. С другой стороны, временные здания и модульные фотоэлектрические системы могут быть переработаны. Помимо сокращения выбросов углерода за счет выработки электроэнергии с помощью фотоэлектрических систем, повторное использование строительных материалов также значительно снижает выбросы углерода.
Технология «солнечные накопители, обеспечивающие прямую гибкость» является важным техническим средством и эффективным способом достижения углеродной нейтральности в зданиях.
В настоящее время Китай активно корректирует энергетическую структуру и продвигает низкоуглеродное развитие. В сентябре 2020 года председатель Си Цзиньпин на 75-й сессии Генеральной Ассамблеи ООН предложил двойную цель по сокращению выбросов углекислого газа. Китай планирует достичь пика выбросов углекислого газа к 2030 году и углеродной нейтральности к 2060 году. В «Предложениях Центрального комитета Коммунистической партии Китая по разработке Четырнадцатого пятилетнего плана национального экономического и социального развития и долгосрочных целей до 2035 года» указывается на необходимость продвижения энергетической революции, повышения потенциала потребления и хранения новых источников энергии; ускорения продвижения низкоуглеродного развития, развития «зеленого» строительства и снижения интенсивности выбросов углекислого газа. Сосредоточившись на двойной цели по сокращению выбросов углекислого газа и рекомендациях Четырнадцатого пятилетнего плана, различные национальные министерства и ведомства последовательно вводят конкретные стратегии продвижения, среди которых ключевыми направлениями развития являются распределенная энергетика и распределенное хранение энергии.
Согласно статистике, выбросы углекислого газа от эксплуатации зданий составляют 22% от общего объема выбросов углекислого газа в стране. Потребление энергии на единицу площади общественных зданий увеличилось в связи со строительством в последние годы крупных и централизованных систем в городах. Поэтому углеродная нейтральность зданий является важной частью достижения страной углеродной нейтральности. Одним из ключевых направлений развития строительной отрасли в ответ на национальную стратегию углеродной нейтральности является создание новой электрической системы «фотоэлектрические системы + двусторонняя зарядка + постоянный ток + гибкое управление» (прямое гибкое управление с помощью фотоэлектрических накопителей) в условиях комплексной электрификации энергопотребления в строительной отрасли. По оценкам, технология «прямое гибкое управление с помощью солнечных накопителей» может сократить выбросы углекислого газа при эксплуатации зданий примерно на 25%. Таким образом, технология «прямое гибкое управление с помощью солнечных накопителей» является ключевой технологией для стабилизации колебаний в электросетях в строительной отрасли, обеспечения доступа к значительной доле возобновляемой энергии и повышения энергоэффективности зданий будущего. Это важное техническое средство и эффективный способ достижения углеродной нейтральности в зданиях.
Модульная фотоэлектрическая система
Временные постройки на строительной площадке в основном представляют собой многоразовые модульные дома, поэтому для них разработана модульная фотоэлектрическая система, которую можно разворачивать. Этот экологически чистый продукт для временного строительства с использованием фотоэлектрических систем применяет модульный подход к проектированию стандартизированных опор и фотоэлектрических систем. Во-первых, он основан на двух вариантах: стандартный дом (6×3×3) и дом с пешеходной дорожкой (6×2×3). Фотоэлектрические панели размещаются в виде плиток на верхней части модульного дома, а на каждом стандартном контейнере укладываются монокристаллические кремниевые фотоэлектрические панели. Фотоэлектрические панели укладываются на расположенную ниже опору, образуя интегрированный модульный фотоэлектрический компонент, который поднимается целиком для облегчения транспортировки и разворота.
Система фотоэлектрической генерации электроэнергии в основном состоит из фотоэлектрических модулей, интегрированного инверторного блока управления и аккумуляторной батареи. Группа изделий включает в себя два стандартных дома и один дом с проходом, образующие единый блок, а шесть блоков объединяются в различные проектные помещения, что позволяет адаптироваться к пространственной планировке здания и сформировать сборный проект с нулевым выбросом углерода. Модульные изделия могут быть разнообразными и свободно адаптированы к конкретным проектам и участкам, а использование технологии BIPV позволяет дополнительно снизить выбросы углерода всей энергетической системы здания, предоставляя возможность общественным зданиям в разных регионах и климатических условиях достичь углеродной нейтральности. Технический маршрут представлен для ознакомления.
1. Модульная конструкция
Модульная интегрированная конструкция выполняется с использованием модулей размером 6м × 3м и 6м × 2м для обеспечения удобной перевалки и транспортировки. Гарантируется быстрая выгрузка продукции, стабильная работа, низкие эксплуатационные расходы и сокращение времени строительства на площадке. Модульная конструкция обеспечивает предварительную сборку сборного завода, штабелирование и транспортировку, подъем и соединение, что повышает эффективность, упрощает процесс строительства, сокращает сроки строительства и минимизирует воздействие на строительную площадку.
Основные модульные технологии:
(1) Угловые фитинги, соответствующие модульному дому, удобны для соединения модульной фотоэлектрической опоры с расположенным ниже модульным домом;
(2) Расположение фотоэлектрических элементов исключает пространство над угловыми креплениями, что позволяет штабелировать кронштейны фотоэлектрических элементов для транспортировки;
(3) Модульная мостовая рама, удобная для стандартизированного расположения фотоэлектрических кабелей;
(4) Модульная комбинация 2A+B облегчает стандартизированное производство и сокращает количество компонентов, изготовленных на заказ;
(5) Шесть модулей 2A+B объединены в небольшой блок с небольшим инвертором, а два небольших блока объединены в большой блок с большим инвертором.
2. Низкоуглеродная конструкция
На основе безуглеродных технологий в данном исследовании разработаны безуглеродные временные строительные конструкции с фотоэлектрическими системами, модульной конструкцией, стандартизированным производством, интегрированной фотоэлектрической системой и вспомогательным модульным оборудованием для преобразования и хранения энергии, включающим фотоэлектрические модули, инверторные модули и аккумуляторные модули, образующие фотоэлектрическую систему, обеспечивающую нулевые выбросы углерода во время работы строительного участка. Фотоэлектрические модули, инверторные модули и аккумуляторные модули могут быть разобраны, объединены и перевернуты, что удобно для одновременной сдачи объектов вместе с домами коробчатого типа. Модульные изделия могут адаптироваться к потребностям различных масштабов за счет изменения количества. Эта идея разборной, комбинируемой и модульной конструкции позволяет повысить эффективность производства, сократить выбросы углерода и способствовать достижению целей углеродной нейтральности.
3. Проектирование системы фотоэлектрической генерации электроэнергии
Система фотоэлектрической генерации электроэнергии в основном состоит из фотоэлектрических модулей, интегрированного инверторного блока управления и аккумуляторной батареи. Фотоэлектрические панели модульного дома укладываются на крышу в виде черепицы. В каждый стандартный контейнер устанавливается 8 монокристаллических кремниевых фотоэлектрических панелей размером 1924×1038×35 мм, а в каждый контейнер с проходом — 5 монокристаллических кремниевых фотоэлектрических панелей размером 1924×1038×35 мм.
В течение дня фотоэлектрические модули вырабатывают электроэнергию, а контроллер и инвертор преобразуют постоянный ток в переменный для использования нагрузкой. Система отдает приоритет подаче электроэнергии на нагрузку. Когда вырабатываемая фотоэлектрическими модулями электроэнергия превышает мощность нагрузки, избыток электроэнергии заряжает аккумуляторную батарею через контроллер заряда и разряда; при слабом освещении или ночью фотоэлектрические модули не вырабатывают электроэнергию, и аккумуляторная батарея, через встроенный блок управления инвертором, преобразует накопленную в батарее электроэнергию в переменный ток для нагрузки.
Краткое содержание
Модульная фотоэлектрическая технология применяется в офисных и жилых помещениях проектного отдела на строительной площадке зданий 4-6 в Пиншаньском промышленном парке новых энергетических автомобилей в Шэньчжэне. В общей сложности 49 групп расположены в конфигурации 2A+B (см. рис. 5) и оснащены 8 инверторами. Общая установленная мощность составляет 421,89 кВт, среднегодовая выработка электроэнергии — 427 000 кВт·ч, выбросы углекислого газа — 0,3748 кг CO₂/кВт·ч, а ежегодное сокращение выбросов углекислого газа проектным отделом составляет 160 т CO₂.
Модульные фотоэлектрические технологии позволяют эффективно сократить выбросы углекислого газа на строительной площадке, компенсируя пренебрежение сокращением выбросов на начальном этапе строительства. Модульность, стандартизация, интеграция и оборот могут значительно сократить отходы строительных материалов, повысить эффективность использования и снизить выбросы углекислого газа. Внедрение модульных фотоэлектрических технологий в проектах по энергоснабжению позволит достичь более чем 90% потребления распределенной чистой энергии в здании, более чем 90% удовлетворенности объектов обслуживания и сократить выбросы углекислого газа в проекте более чем на 20% ежегодно. Помимо сокращения выбросов углекислого газа всей энергетической системы здания, интегрированные в здание фотоэлектрические системы также предоставляют эталонный технический путь для достижения целей углеродной нейтральности в общественных зданиях различных регионов и климатических условий. Своевременное проведение соответствующих исследований в этой области и использование этой уникальной возможности может позволить нашей стране занять лидирующие позиции в этих революционных изменениях.
Дата публикации: 17.07.23