基于“双碳”目标的变电站建设过程中“永临结合”探索与实践

2022-03-20朱克亮张李明石雪梅陈凌琦万磊

电力与能源 2022年1期

朱克亮，张李明，石雪梅，陈凌琦，万磊

(国网安徽省电力有限公司建设分公司，安徽合肥 230022)

2020年9月，习近平总书记提出“碳达峰、碳中和”的绿色发展目标；2021年2月，国务院发布关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见，致力于促进经济社会发展全面绿色转型[1]；2021年3月，国家电网有限公司发布了“碳达峰、碳中和”行动方案，提出要构建多元化清洁能源供应体系，促进电气化和节能提效，大力建设以新能源为主体的新型电力系统。据相关资料统计，目前能源燃烧占我国全部CO2排放总量的88%左右，而电力行业CO2排放约占能源行业41%。因此，电力行业是实现碳达峰、碳中和目标的主要战场。

在电网工程建设领域中，如何尽量节约资源和成本，减少碳排放，实现环保高效建设，是摆在电网建设者面前一道亟待解决的难题。通过前期探索和研究发现，在变电站建设过程中实施“永临结合”，统筹考虑临时设施和永久性设施，有效优化施工工序，将施工过程中用到的部分临时设施与永久性设施一次性施工，可达到降低碳排放、缩短工期、减少资源浪费的目的。目前，“永临结合”的工程建设思路在国内外逐渐广泛应用，近几年也拓展到电力工程建设中，但推广应用尚处于初步研究阶段[2-16]。本文以基于“双碳”和促进电网建设高质量发展为最终目标，重点从变电站“永临结合”实施方面探讨可行性和优越性。

1 变电站工程“永临结合”思路

1.1 变电站工程“永临结合”的概念

变电站工程的永临结合是指将变电站中的部分永久设施提前建设，在变电站基建过程中用作临时设施，工程投运后按照原有设计功能使用；或者是利用变电站建设过程中临时设施的费用，规划建设永久性设施，在变电站基建过程中用作临时设施，工程投运后用作运行单位或为社会群体提供服务的永久性设施。“永临结合”不仅可以科学合理使用工程的建设资金，还能有效避免临时设施建设带来的环境污染和资源浪费。

1.2 “永临结合”思路的理论依据

“永临结合”应用思路的理论依据是价值工程理论分析法[17]，即价值分析法(Value Analysis Method，简称 “VA法”)。这种方法主要是探索和分析研究对象的功能与成本费用之间的关系，通过创新管理方法和技术，优化路径选择，提高研究对象的总体价值。总的来说，价值工程就是以最低的全寿命周期成本，有效满足使用者需要的全部功能，来获取最佳的综合效益。

VA法主要原理涉及3个重要概念：最佳综合收益价值V、使用功能F、综合成本费用C。三者间关系如下：

V=∑F/C

(1)

式中V——研究对象具有的全部功能与其全部成本费用之比；F——产品或服务的功能，能满足研究对象的物理特性；C——产品或服务的全过程综合成本，包括生产费用和使用费用。

由式(1)可以得出，提高产品或服务的最佳综合收益价值主要有以下5种方式。

(1)提升产品品质或服务功能，降低综合成本，从而大幅提高综合收益价值。

(2)产品品质或服务功能不变，降低综合成本，从而提高综合收益价值。

(3)综合成本费用不变，提升产品品质或服务功能，从而提高综合收益价值。

(4)大幅提升产品品质或服务功能，稍微增加综合成本，从而提高综合收益价值。

(5)稍微降低产品品质或服务功能，而大幅度降低综合成本费用，从而提高综合收益价值。

1.3 “永临结合”的解决方案

“永临结合”的解决方案就是运用VA法，在综合成本基本保持不变的情形下，提升产品或服务功能，从而提高综合收益价值。“永临结合”的实现路径就是将部分永久性设施提前建设，基建过程中作为临时设施使用，投入成本是一次性，但是综合收益价值是双重的。“永临结合”既满足了变电站建设过程中功能使用，又发挥了投运后的原设计功能的效用。

“永临结合”的应用实施，需要在项目前期规划中统筹考虑，提前做好方案布置，要与设计单位做好充分沟通，协同配合，同时，工程开工前要对施工单位做好设计交底，加强过程监督，共同推进“永临结合”项目顺利实施。

2 变电站工程“永临结合”探索

2.1 节材与材料资源利用的“永临结合”

(1)临建办公生活区材料的“永临结合”。整体临建可采用集装箱现场搭接，任意组合，整体风格现代而简约。采用装配式办公生活家具，实现工厂化生产，可循环使用，提升建造速度，环境温馨舒适。若临建后期计划作为运行人员办公用房或社会责任基地继续投入使用，既减少了拆迁成本，也避免了部分材料浪费。

(2)电缆沟盖板“永临结合”。变电站电缆沟盖板为混凝土盖板(如图1所示)，部分电缆沟盖板可以提前进场，对电缆沟进行端头铺设覆盖，作为电气安装作业平台使用，实现“永临结合”。

图1 电缆沟盖板的“永临结合”使用

(3)场地硬化的“永临结合”。变电站场地设计为碎石地面。碎石场地下层设计采用三七灰土稳定层铺设后再铺设碎石，GIS、HGIS安装棚搭设范围地坪设计采用混凝土硬化(如图2所示)，替代三七灰土，实现“永临结合”。

图2 场地硬化地面的“永临结合”使用

(4)室外消防栓管网“永临结合”。变电站设置有室外消防栓管网，在消防泵房建成后铺设消防栓管道，作为站内施工期的取水管道，不再重复铺设施工管道。

(5)建(构)筑物爬梯的“永临结合”。构架爬梯、HGIS/GIS爬梯(检修平台)、主变爬梯、建筑物爬梯均可以提前实施安装，并在施工过程中作为辅助爬梯供施工人员使用。

2.2 节地与施工用地的“永临结合”

(1)道路的“永临结合”。变电站运维期的道路一般为沥青路面。沥青基层为混凝土路面，在土建施工阶段，通过优化过路埋管、接地、雨排水管道，完成站内道路的混凝土基层的先行浇筑，作为施工期道路使用，实现“永临结合”。

(2)临建办公生活区“永临结合”。临建设施可采用双层结构的集装箱，比单层结构大概能节约临时用地30%。

2.3 节能与能源利用的“永临结合”

(1)临时用电“永临结合”。施工临时用电一般主网系统沿施工道路侧电缆沟和埋地布设，与室外永久用电设施系统布设线路吻合，而永久性站用电系统布置比临时用电要规范和完整，范围也更广。室外永久用电设施系统全部敷设在电缆沟中，安装和后期维护都更便捷，电缆材质和规格也比临时用电要高，能完全满足临时用电的要求。

(2)进站道路照明“永临结合”。太阳能照明路灯设计考虑“永临结合”[16-18]，临时照明路灯作为永久照明使用，避免后期拆除造成的浪费。

2.4 节水与水资源利用的“永临结合”

(1)站内雨污管道的“永临结合”。在站内道路施工的同时，同步进行站内排水管网施工，建筑主体室内外的所有管网、管井(给排水、消防、强弱电等)随主体结构同步施工。“永临结合”的管网在施工过程中可作为施工现场临时排水和生活区雨污水排水系统。

(2)临时水源的“永临结合”。变电站运维期水源设计为自来水，在施工期完成自来水主管道建设，保障施工期用水，做好投运后准备，实现“永临结合”。

(3)事故油池的“永临结合”。变电站主变等油浸设备设计有事故油池，事故油池先行施工作为施工期间的储水池，收集雨水作为养护、洒水用水。

2.5 环境保护与水土保持的“永临结合”

(1)减少湿作业的“永临结合”。变电站雨水井圈设计为预制和成品井盖，在电气安装阶段不会发生车辆作业的场地可一次性建成，在施工期投入使用，实现“永临结合”。

(2)噪声控制的“永临结合”。变电站设计有隔声屏障，通过合理优化，隔声屏障提前安装，用于施工期噪声隔离，实现“永临结合”。

(3)水土保持的“永临结合”。变电站水土保持方案要求投运后应对临时用地进行绿化恢复，可提前对临设和进站道路周边绿化，与水土保持方案治理要求统一，种植草皮和栽种树木，也可以为施工期营造良好的环境氛围，实现“永临结合”。

3 变电站工程“永临结合”实践应用

3.1 碳排放计算模型

碳排放计算模型的基本方法一般有自上而下(top-down)法和自下而上(bottom-up)法[19-21]。根据自下而上法的计算思路，碳排放采用中国建筑碳排放模型(China Building Carbon Emission Model，简称CBCEM)。该模型是在联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)提出的碳排放计算公式的基础上构建(见图3)，计算公式如下：

图3 CBCEM计算方法

建筑碳排放量TC=∑建筑面积S×
碳排放强度ω

(2)

碳排放强度ω=单位建筑面积能耗α×
碳排放因子β

(3)

计算方法详见文献[21]。

碳排放因子的大小和能源结构密切相关，根据预测，今后非化石燃料的比例将逐年上升，根据文献[21]中情景III来计算当前排放因子如表1所示。

表1 中国建筑碳排放因子预测1)

在表中，一次能源耗量和建筑能耗上限是以标准煤来计算的，碳排放因子计算为单位质量的标准煤对应的CO2的排放量。

3.2 项目简介

以安徽某500 kV变电站工程为例，从绿色建造“四节一环保”方面开展“永临结合”的实践应用。该变电站工程本期建设2组1 000 MVA主变压器；4回500 kV出线，采用HGIS组合电器户外布置；8回220 kV出线，采用GIS组合电器户外布置，静态投资约34 268万元，计划施工工期约22个月；全站总征地面积4.21×104m2，总建筑面积1 544 m2。