体育场馆绿色低碳直流供配电系统改造研究_张永明.pdf
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1、智能建筑电气技术Electrical Technology of Intelligent Buildings2022 年 12 月第 16 卷 第 6 期体育场馆绿色低碳直流供配电系统改造研究张永明1,于杰生1,颜 哲1,梁润琪2(1.同济大学,上海 200092,2.宁波诺丁汉大学,宁波 315199)摘要 加快建设体育强国背景下,我国的体育场馆与体育基础设施数量还将进一步增长。北京冬季奥运会实践表明,体育场馆应将持续保持绿色低碳设计、建设及改造。体育场馆如何满足大型体育赛事期间的高用电负荷以及绿色低碳化运行,给现有供配电系统带来了巨大的挑战。大型体育赛事期间,体育场馆常采用设置移动式柴油发
2、电机的方式进行供配电系统的增容,此举通常伴随有高排放、高污染、高噪音等问题。基于直流配电技术、光伏技术、储能技术,本文提出了直流供配电改造方案和柔性调控策略。通过赛事期间与非赛事期间的负荷分析,验证了该方案的可行性与有效性。本文为直流配电技术在体育建筑改造领域的应用提供了技术支持。关键词 体育场馆;直流配电;绿色低碳;储能;照明;光伏中图分类号:TM727文献标识码:A文章编号:1729-1275(2022)06-0012-04Green Low-carbon DC Transformation for Power Distribution of GymnasiumsZhang Yongmin
3、g1,Yu Jiesheng1,Yan Zhe1,Liang Runqi2(1.Tongji University,Shanghai 200092,China;2.University of Nottingham Ningbo China,Ningbo 315199,China)Abstract:For the construction of a sports power,the number of gymnasiums and sports infrastructure inChina will further increase.The practice of the Beijing Win
4、ter Olympic Games shows that stadiums andgymnasiums should be designed,constructed and renovated in a green and low-carbon manner.How tomeet the high-power load and green low-carbon operation during large-scale sports events has broughtgreat challenges to the existing power supply and distribution s
5、ystem in gymnasiums.During large-scalesports events,the mobile diesel generators are usually used to increase the capacity of power supply anddistribution systems,which is usually accompanied by high emissions,high pollution,high noise,andother issues.Based on DC power distribution,photovoltaic,and
6、energy storage technology,this paperproposes a DC power distribution system with flexible control strategy.The feasibility and effectiveness ofthe proposed scheme are verified by load analysis during the event and non-event periods.This paperprovides technical support for the application of DC power
7、 distribution technology in the field ofgymnasiums.Keywords:gymnasium;DC distribution;green low-carbon;energy storage;lighting;photovoltaic作者简介:张永明,博士,同济大学副教授、建筑电气与智能化专业主任、建筑技术博导,Email:zhangyongming 。0引言 自我国 2008 年、2022 年成功举办两次奥运会以来,点燃了全民体育的热情,全国逐步兴起了建设各类体育建筑与体育设施的热潮。为促进群众体育和竞技体育全面发展,加快建设体育强国,依据“十四五
8、”规划,我国的体育场馆与体育基础设施数量还将进一步增长。截止 2020 年底,我国人均体育场地面积已达 2.2m2,未来人均面积将进一步提升至 2.6m2。因此,我国的体育场馆建设将持续保持高速发展。北京冬季奥运会实践表明,体育场馆将持续保持绿色低碳设计、建设及改造,其中包括了对体育场馆的合理选址规划以及节能环保设计、建设。如何对体育场馆各类资源的可持续利用、推进场馆的可持续发展都应该是必须考虑的问题1。此外,体育场馆供配电系统是保障体育赛事平稳开展的关键环节,不仅要为运动员、裁判员以及21DOI:10.13857/11-5589/tu.2022.06.004第 16 卷 第 6 期张永明,等
9、.体育场馆绿色低碳直流供配电系统改造研究观众提供舒适良好的光环境与热环境,还要保障大型赛事期间供电可靠性,避免由于停电带来的负面影响2。可以说体育场馆供配电系统能直接决定大型赛事举办的成败。综上所述,对体育建筑现有供配电系统进行绿色低碳升级改造,在满足相关赛事要求的前提下,提高供电可靠性,降低建筑碳排放,促进绿色低碳化发展。1现状分析与存在挑战1.1 体育场馆用电特性 体育建筑是作为体育教育、竞技运动、身体锻炼和体育娱乐等用途的建筑。体育场馆占地面积与空间较大,其照明、空调等系统需要较多电力来维持运行。因此,在体育场馆的设计和运行中,应采取适当的措施和策略,提升体育场馆的电力系统运行效率,提高
10、体育场馆供电可靠性。体育建筑区别于居住建筑、商业建筑,在非赛事期间能耗水平低,在体育赛事期间能耗水平高。不同类型建筑的用能特征比较详见表 1。不同类型建筑用能特征比较表 1建筑类型主要用途用电特征体育建筑用于照明、空调、广播、监控等非赛事期间能耗水平低,体育 赛 事 期 间 能 耗 水平高住宅建筑满足居民基本生活要求(空调、照明、热水等)负荷水平低,用能时间集中办公建筑用于空调、照明、电子设备、监控等高峰期负荷水平高工业建筑用于大型工业设备、自动化系统全年负荷水平高,负荷波动小1.2 体育场馆供配电系统 根据规范体育建筑电气设计规范JGJ 3542014、体育建筑设计规范JGJ 312003,
11、以及赛事重要性、中断供电对比赛和电视转播正常运行的影响程度,将场馆的体育设施用电负荷划分为一级负荷中的特别重要负荷、一级负荷和二级负荷。其中,特别重要负荷指一级负荷中不允许中断供电以及中断供电将严重影响比赛和比赛公平性的用电负荷;一级负荷指中断供电将直接影响比赛和转播的正常进行,造成重大影响和损失,导致公共场所秩序严重混乱的用电负荷;二级负荷指中断供电将间接影响比赛和转播正常进行,造成较大影响和损失,导致公共场所秩序混乱的用电负荷。然而在实际应用中,较多体育场馆在设计之初并未考虑承接大型体育赛事,因此原有供配电系统难以满足高等级赛事要求3。为举办国际性赛事,如奥运会、亚运会、世锦赛等,则相关体
12、育场馆的各方面必须进行相应的升级改造。其中,对供配电系统的升级改造尤为重要,其供电能力、供电可靠性直接影响赛事的举办水平4。大型赛事举办期间,各项技术要求较高,因此用电负荷水平也随之增大,大型赛事举办时间较短、频率较低,建设永久性、固定性供电设备经济效益较差5。因此,可考虑通过设置临时电源对原有供配电系统进行增容。常见的临时电源有移动式柴油发电机。图 1 展示了现有常见的体育场馆供配电系统架构。在大型赛事期间,移动式柴油发电机通过相应接口,接入体育场馆供配电系统,保障部分比赛场地照明及部分赛时重要负荷用电,确保大型赛事期间比赛的顺利进行6。图 1 体育场馆供配电系统常见架构然而,现有的体育场馆
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