Hiện nay, hầu hết mọi người đều chú trọng đến việc giảm lượng khí thải carbon của các công trình xây dựng kiên cố. Chưa có nhiều nghiên cứu về các biện pháp giảm thiểu carbon đối với các công trình tạm thời tại công trường xây dựng. Các đơn vị thiết kế dự án tại các công trường có tuổi thọ dưới 5 năm thường sử dụng nhà lắp ghép có thể tái sử dụng, giúp giảm thiểu lãng phí vật liệu xây dựng và giảm lượng khí thải carbon.
Để giảm thiểu hơn nữa lượng khí thải carbon, nghiên cứu này phát triển một hệ thống quang điện mô-đun xoay được cho dự án nhà mô-đun xoay chiều nhằm cung cấp năng lượng sạch trong quá trình vận hành. Hệ thống quang điện xoay chiều tương tự được bố trí trên công trình tạm thời của bộ phận dự án tại công trường, và thiết kế hệ thống quang điện cùng khung đỡ tiêu chuẩn được thực hiện theo phương pháp mô-đun, thiết kế tích hợp mô-đun được thực hiện với các thông số kỹ thuật nhất định của mô-đun đơn vị để tạo thành một sản phẩm kỹ thuật tích hợp, mô-đun hóa, có thể tháo rời và xoay được. Sản phẩm này cải thiện hiệu quả sử dụng điện của bộ phận dự án thông qua "công nghệ lưu trữ năng lượng mặt trời trực tiếp linh hoạt", giảm lượng khí thải carbon trong quá trình vận hành các công trình tạm thời tại công trường, và cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho việc hiện thực hóa mục tiêu xây dựng các công trình gần như không phát thải carbon.
Năng lượng phân tán là phương pháp cung cấp năng lượng tích hợp sản xuất và tiêu thụ năng lượng được bố trí ở phía người sử dụng, giúp giảm tổn thất trong quá trình truyền tải năng lượng. Các tòa nhà, với vai trò là chủ thể tiêu thụ năng lượng chính, có thể sử dụng năng lượng điện mặt trời trên mái nhà đang nhàn rỗi để tự tiêu thụ, từ đó thúc đẩy sự phát triển của hệ thống lưu trữ năng lượng phân tán và đáp ứng mục tiêu kép về carbon của quốc gia cũng như đề xuất trong Kế hoạch 5 năm lần thứ 14. Việc tự tiêu thụ năng lượng trong các tòa nhà có thể nâng cao vai trò của ngành xây dựng trong việc thực hiện mục tiêu kép về carbon của đất nước.
Bài nghiên cứu này tìm hiểu hiệu quả tự tiêu thụ điện năng của hệ thống điện mặt trời lắp đặt tạm thời trong các công trình xây dựng, đồng thời khám phá hiệu quả giảm phát thải carbon của công nghệ điện mặt trời dạng mô-đun. Nghiên cứu chủ yếu tập trung vào bộ phận thiết kế nhà ở dạng mô-đun tại công trường. Một mặt, do công trình xây dựng là công trình tạm thời nên dễ bị bỏ qua trong quá trình thiết kế. Mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi đơn vị diện tích của các công trình tạm thời thường cao. Sau khi thiết kế được tối ưu hóa, lượng khí thải carbon có thể được giảm thiểu hiệu quả. Mặt khác, các công trình tạm thời và hệ thống điện mặt trời dạng mô-đun có thể được tái chế. Ngoài việc phát điện mặt trời để giảm phát thải carbon, việc tái sử dụng vật liệu xây dựng cũng giúp giảm đáng kể lượng khí thải carbon.
Công nghệ "lưu trữ năng lượng mặt trời, linh hoạt trực tiếp" là một phương tiện kỹ thuật quan trọng và là cách hiệu quả để đạt được mục tiêu trung hòa carbon trong các tòa nhà.
Hiện nay, Trung Quốc đang tích cực điều chỉnh cơ cấu năng lượng và thúc đẩy phát triển carbon thấp. Tháng 9 năm 2020, Chủ tịch Tập Cận Bình đã đề xuất mục tiêu carbon kép tại kỳ họp thứ 75 của Đại hội đồng Liên hợp quốc. Trung Quốc sẽ đạt đỉnh phát thải khí CO2 vào năm 2030 và đạt được trung hòa carbon vào năm 2060. "Đề xuất của Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Trung Quốc về việc xây dựng Kế hoạch 5 năm lần thứ 14 về phát triển kinh tế và xã hội quốc gia và các mục tiêu dài hạn đến năm 2035" chỉ ra rằng cần phải thúc đẩy cuộc cách mạng năng lượng, nâng cao năng lực tiêu thụ và lưu trữ năng lượng mới; đẩy nhanh việc thúc đẩy phát triển carbon thấp, phát triển các công trình xanh và giảm cường độ phát thải carbon. Tập trung vào mục tiêu carbon kép là trung hòa carbon và các khuyến nghị của Kế hoạch 5 năm lần thứ 14, các bộ và ủy ban quốc gia đã liên tiếp đưa ra các chính sách thúc đẩy cụ thể, trong đó năng lượng phân tán và lưu trữ năng lượng phân tán là những hướng phát triển trọng điểm.
Theo thống kê, lượng khí thải carbon từ hoạt động xây dựng chiếm 22% tổng lượng khí thải carbon của cả nước. Mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi đơn vị diện tích của các công trình công cộng đã tăng lên cùng với việc xây dựng các công trình quy mô lớn và hệ thống tập trung mới ở các thành phố trong những năm gần đây. Do đó, việc trung hòa carbon trong xây dựng là một phần quan trọng để quốc gia đạt được mục tiêu trung hòa carbon. Một trong những hướng đi chính của ngành xây dựng nhằm đáp ứng chiến lược trung hòa carbon quốc gia là xây dựng hệ thống điện mới "quang điện + sạc hai chiều + DC + điều khiển linh hoạt" (quang điện tích năng - sạc trực tiếp - sạc linh hoạt) trong bối cảnh điện khí hóa toàn diện tiêu thụ năng lượng trong ngành xây dựng. Ước tính công nghệ "sống - sạc trực tiếp - sạc linh hoạt" có thể giảm lượng khí thải carbon khoảng 25% trong hoạt động xây dựng. Vì vậy, công nghệ "sống - sạc trực tiếp - sạc linh hoạt" là công nghệ then chốt để ổn định sự biến động của lưới điện trong lĩnh vực xây dựng, tiếp cận được một tỷ lệ lớn năng lượng tái tạo và nâng cao hiệu quả điện năng của các công trình trong tương lai. Đây là một phương tiện kỹ thuật quan trọng và là cách hiệu quả để đạt được mục tiêu trung hòa carbon trong xây dựng.
Hệ thống quang điện dạng mô-đun
Các công trình tạm thời tại công trường chủ yếu sử dụng nhà lắp ghép có thể tái sử dụng, vì vậy một hệ thống mô-đun quang điện dạng mô-đun có thể xoay được cũng được thiết kế cho các loại nhà lắp ghép này. Sản phẩm xây dựng tạm thời bằng năng lượng mặt trời không phát thải carbon này sử dụng phương pháp mô-đun hóa để thiết kế các giá đỡ quang điện và hệ thống quang điện tiêu chuẩn hóa. Đầu tiên, nó dựa trên hai thông số kỹ thuật: nhà tiêu chuẩn (6×3×3) và nhà có lối đi (6×2×3), việc bố trí quang điện được thực hiện theo kiểu lát gạch trên nóc nhà lắp ghép, và các tấm quang điện silicon đơn tinh thể được đặt trên mỗi container tiêu chuẩn. Các tấm quang điện được đặt trên giá đỡ quang điện bên dưới để tạo thành một cấu kiện quang điện mô-đun tích hợp, được nâng lên toàn bộ để thuận tiện cho việc vận chuyển và xoay chuyển.
Hệ thống phát điện quang điện chủ yếu bao gồm các mô-đun quang điện, máy điều khiển biến tần tích hợp và bộ pin. Nhóm sản phẩm bao gồm hai nhà tiêu chuẩn và một nhà hành lang để tạo thành một khối đơn vị, và sáu khối đơn vị được kết hợp thành các đơn vị không gian khác nhau của bộ phận dự án, nhằm thích ứng với bố cục không gian của bộ phận dự án và hình thành kế hoạch dự án không phát thải carbon tiền chế. Các sản phẩm mô-đun có thể được đa dạng hóa và tự do thích ứng với các dự án và địa điểm cụ thể, và sử dụng công nghệ BIPV để giảm hơn nữa lượng khí thải carbon của hệ thống năng lượng tòa nhà tổng thể của bộ phận dự án, cung cấp khả năng cho các công trình công cộng ở các khu vực khác nhau và dưới các điều kiện khí hậu khác nhau đạt được mục tiêu trung hòa carbon. Lộ trình kỹ thuật để tham khảo.
1. Thiết kế dạng mô-đun
Thiết kế tích hợp dạng mô-đun được thực hiện với các mô-đun đơn vị có kích thước 6m×3m và 6m×2m để thuận tiện cho việc vận chuyển và lắp ráp. Đảm bảo đưa sản phẩm đến nơi nhanh chóng, vận hành ổn định, chi phí vận hành thấp và giảm thời gian thi công tại công trường. Thiết kế mô-đun cho phép lắp ráp nhà máy tiền chế, xếp chồng và vận chuyển tổng thể, nâng hạ và kết nối khóa, giúp nâng cao hiệu quả, đơn giản hóa quy trình thi công, rút ngắn thời gian thi công và giảm thiểu tác động đến công trường.
Các công nghệ mô-đun chính:
(1) Các phụ kiện góc phù hợp với nhà kiểu mô-đun thuận tiện cho việc kết nối giá đỡ quang điện mô-đun với nhà kiểu mô-đun bên dưới;
(2) Bố trí quang điện tránh khoảng trống phía trên các phụ kiện góc để các giá đỡ quang điện có thể được xếp chồng lên nhau để vận chuyển;
(3) Khung cầu mô-đun, thuận tiện cho việc bố trí tiêu chuẩn các cáp quang điện;
(4) Sự kết hợp mô-đun 2A+B tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất tiêu chuẩn hóa và giảm các thành phần tùy chỉnh;
(5) Sáu mô-đun 2A+B được kết hợp thành một đơn vị nhỏ với một bộ biến tần nhỏ và hai đơn vị nhỏ được kết hợp thành một đơn vị lớn với một bộ biến tần lớn hơn.
2. Thiết kế ít phát thải carbon
Dựa trên công nghệ không phát thải carbon, nghiên cứu này thiết kế các sản phẩm xây dựng tạm thời bằng năng lượng mặt trời tại công trường không phát thải carbon, với thiết kế dạng mô-đun, sản xuất tiêu chuẩn hóa, hệ thống năng lượng mặt trời tích hợp, cùng các thiết bị hỗ trợ chuyển đổi mô-đun và lưu trữ năng lượng, bao gồm các mô-đun quang điện, mô-đun biến tần và mô-đun pin, tạo thành một hệ thống năng lượng mặt trời giúp đạt được mục tiêu không phát thải carbon trong quá trình vận hành dự án tại công trường. Các mô-đun quang điện, mô-đun biến tần và mô-đun pin có thể tháo rời, kết hợp và chuyển giao, thuận tiện cho việc chuyển giao dự án cùng với nhà hộp. Sản phẩm dạng mô-đun có thể thích ứng với nhu cầu của các quy mô khác nhau thông qua việc thay đổi số lượng. Ý tưởng thiết kế mô-đun có thể tháo rời, kết hợp và đơn vị này có thể nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm phát thải carbon và thúc đẩy việc thực hiện mục tiêu trung hòa carbon.
3. Thiết kế hệ thống phát điện quang điện
Hệ thống phát điện quang điện chủ yếu bao gồm các mô-đun quang điện, máy điều khiển biến tần tích hợp và bộ pin. Hệ thống quang điện của nhà lắp ghép được bố trí theo kiểu lát gạch trên mái nhà. Mỗi container tiêu chuẩn được lắp đặt 8 tấm pin quang điện silicon đơn tinh thể có kích thước 1924×1038×35mm, và mỗi container lối đi được lắp đặt 5 tấm pin quang điện silicon đơn tinh thể có kích thước 1924×1038×35mm.
Ban ngày, các tấm pin quang điện tạo ra điện năng, và bộ điều khiển cùng bộ biến tần chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều để sử dụng cho tải. Hệ thống ưu tiên cung cấp điện năng cho tải. Khi lượng điện năng do pin quang điện tạo ra lớn hơn công suất của tải, lượng điện năng dư thừa sẽ được dùng để sạc pin thông qua bộ điều khiển sạc và xả; khi ánh sáng yếu hoặc vào ban đêm, các tấm pin quang điện không tạo ra điện năng, và điện năng được lưu trữ trong pin sẽ được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều để cung cấp cho tải thông qua bộ điều khiển biến tần.
Bản tóm tắt
Công nghệ quang điện dạng mô-đun được ứng dụng cho khu vực văn phòng và khu vực sinh hoạt của bộ phận dự án tại công trường xây dựng Tòa nhà 4-6 thuộc Khu công nghiệp ô tô năng lượng mới Pingshan, Thâm Quyến. Tổng cộng 49 nhóm được bố trí theo nhóm 2A+B (xem Hình 5), được trang bị 8 bộ biến tần. Tổng công suất lắp đặt là 421,89kW, sản lượng điện trung bình hàng năm là 427.000 kWh, lượng khí thải carbon là 0,3748kgCO2/kWh, và mức giảm carbon hàng năm của bộ phận dự án là 160 tấn CO2.
Công nghệ quang điện mô-đun có thể giảm thiểu hiệu quả lượng khí thải carbon tại công trường xây dựng, bù đắp cho sự thiếu sót trong việc giảm phát thải carbon ở giai đoạn xây dựng ban đầu của công trình. Việc mô-đun hóa, tiêu chuẩn hóa, tích hợp và chuyển giao công nghệ có thể giảm đáng kể lượng vật liệu xây dựng bị lãng phí, nâng cao hiệu quả sử dụng và giảm phát thải carbon. Ứng dụng thực tiễn công nghệ quang điện mô-đun trong các dự án năng lượng mới cuối cùng sẽ đạt được tỷ lệ tiêu thụ năng lượng sạch phân tán hơn 90% trong tòa nhà, đáp ứng hơn 90% nhu cầu của người sử dụng dịch vụ và giảm lượng khí thải carbon của dự án hơn 20% mỗi năm. Ngoài việc giảm lượng khí thải carbon của toàn bộ hệ thống năng lượng tòa nhà thuộc dự án, BIPV còn cung cấp một lộ trình kỹ thuật tham khảo cho các công trình công cộng ở các khu vực khác nhau và dưới các điều kiện khí hậu khác nhau để đạt được mục tiêu trung hòa carbon. Tiến hành nghiên cứu liên quan trong lĩnh vực này kịp thời và nắm bắt cơ hội hiếm có này có thể giúp đất nước ta dẫn đầu trong sự thay đổi mang tính cách mạng này.
Thời gian đăng bài: 17-07-2023