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建筑領域是能源消耗和二氧化碳排放大戶。中國建筑節(jié)能協(xié)會的報告顯示，2020年全國建筑全過程能耗總量為 22.7億tce，占全國能源消費總量比重為45.5%。因此，加快推動建筑領域節(jié)能降碳，對于實現(xiàn)“雙碳目標”、推動綠色低碳高質量發(fā)展具有重要意義。

2023年3月，位于橫琴粵澳深度合作區(qū)的中國南方電網(wǎng)有限責任公司（以下簡稱“南方電網(wǎng)”）珠海橫琴供電局線路工區(qū)大樓（以下簡稱“珠海橫琴供電局零碳大樓”）正式啟動運行并通過了驗收。這是南方電網(wǎng)首個全直流“綠色”零碳建筑，也是廣東省首批碳中和試點示范區(qū)中唯一的零碳建筑。通過采用光儲直柔直流系統(tǒng)全面實現(xiàn)電氣化，珠海橫琴供電局零碳大樓實現(xiàn)了供電系統(tǒng)高效、低能耗運行，既挖掘了建筑行業(yè)的減碳潛力，也探索了電力行業(yè)在建筑領域實現(xiàn)脫碳的機遇，對建筑零碳化與電力零碳化有著雙重的重要意義。而為其中核心直流配電系統(tǒng)提供強大支持的，則是來自丹佛斯傳動行業(yè)領先的直流配電設備與解決方案。

挑戰(zhàn)

近年來，南方電網(wǎng)以服務粵港澳大灣區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展、助力“雙碳”目標實現(xiàn)為總目標，持續(xù)推進電網(wǎng)工程建設和新型電力系統(tǒng)示范區(qū)建設。基于橫琴粵澳深度合作區(qū)“智慧能源深度合作示范區(qū)”的定位，南方電網(wǎng)憑借高可靠供電、高品質服務、全綠色動力的“兩高一全”電力供應體系，致力于將示范區(qū)打造為“零碳島”。

2022年8月，橫琴粵澳深度合作區(qū)執(zhí)行委員會發(fā)布貫徹落實國務院《扎實穩(wěn)住經(jīng)濟的一攬子政策措施》實施方案，點名提出要推進橫琴供電局線路工區(qū)大樓零碳示范樓宇項目，為未來新能源交易及場外零碳能源應用提供技術支撐，探索打造“零碳島”的初步路徑。

在零碳建筑的實踐過程中，光伏發(fā)電作為綠色能源，能夠顯著降低建筑的碳足跡，成為零碳建筑電力供應的重要手段。傳統(tǒng)的光伏發(fā)電采用交流方案，但隨著大量分布式光伏并網(wǎng)，電能質量問題逐漸顯現(xiàn)。而光儲直柔直流系統(tǒng)采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”的設計運行方式，不僅實現(xiàn)了分布式光伏的有效利用，還極大地解決了低壓電網(wǎng)的電能質量問題，為規(guī)模化推進分布式光伏的發(fā)展提供了良好的技術支撐，更符合未來綠色電網(wǎng)的發(fā)展方向，也更適合應用于綠色建筑領域。但分布式電源及負載均通過直流接入，在我國還處于研究推廣階段，可供參考的成熟方案與成功經(jīng)驗還不夠充分。

解決方案

在船舶海工領域，直流配電系統(tǒng)具備提高能量傳輸效率、實現(xiàn)精確電機控制、增強系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性、減少轉換損耗以及儲能系統(tǒng)集成等優(yōu)勢，已在國內(nèi)外大型船舶中廣泛采用。其中，2009年世界第一艘柴電直流組網(wǎng)推進的內(nèi)河郵輪“MV維京傳奇號”，以及2022年全球首個直流電推化學品船“鼎衡19號”，采用的即是由丹佛斯傳動的直流配電解決方案。

丹佛斯傳動在船舶海工直流配電領域已有十余年成功經(jīng)驗。近年來隨著全球低碳化趨勢，風電、光電逐漸成為主力，丹佛斯傳動正式啟動了“登陸計劃”，旨在擴大旗下全球領先的直流配電技術的應用領域，以船舶海工配電系統(tǒng)高可靠性、高安全性的標準，為數(shù)據(jù)中心、電動汽車、綠色建筑等更多領域開源節(jié)流保駕護航。

此前，南方電網(wǎng)曾采用過丹佛斯傳動的技術設備。基于對丹佛斯傳動產(chǎn)品的信任，以及在直流配電領域深厚的經(jīng)驗技術積累，南方電網(wǎng)決定繼續(xù)攜手丹佛斯傳動，為珠海橫琴供電局零碳大樓打造直流配電系統(tǒng)解決方案。

經(jīng)過多方溝通與論證，丹佛斯為珠海橫琴供電局零碳大樓打造的直流配電系統(tǒng)解決方案配置了近1320kW的AC-DC整流器、DC-DC換流器以及直流配電保護裝置VACON®DCGuard™，構筑成750Vdc的直流電網(wǎng)；同時配備了一套近300kW的磁懸浮壓縮機技術的制冷主機以及200kW的變頻驅動器驅動水泵系統(tǒng)納入直流配電網(wǎng)絡中，形成完整的直流動力配電網(wǎng)絡。

相較于其他方案，丹佛斯傳動的直流配電方案在系統(tǒng)能效、電能質量、可靠性、系統(tǒng)保護策略以及經(jīng)濟性五個維度中遙遙領先，優(yōu)于其他方案：

1系統(tǒng)能效

能效可達67%；

2電能質量

采用AFE(Active Front End) 主動前端整流系統(tǒng)，實現(xiàn)THDI<5%，網(wǎng)側功率因素>0.99。用戶無需另外配置有源濾波裝置來處理諧波干擾，網(wǎng)側功率因素接近1，遠超傳統(tǒng)方案；

3可靠性

采用變換器n+1冗余，即電壓跌落50%，200毫秒能保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行；

4系統(tǒng)保護策略

采用750伏直流主干線，每個分支線路都配了微秒級開斷的斷路器，當兩端母線中任意一個發(fā)生短路故障，開關能夠保護斷開，保證另一段正常運行，此外還配置了絕緣監(jiān)測，保證單體接地故障時，避免另外一極發(fā)生單極接地后引發(fā)系統(tǒng)極間故障；

5經(jīng)濟性

按照直流設備的造價+電纜的造價+運維成本，丹佛斯直流配電解決方案優(yōu)勢明顯。

而作為關鍵設備的丹佛斯傳動VACON®DCGuard™，為直流配電方案的安全性發(fā)揮了重要作用。VACON®DCGuard™是一種基于IGBT電力電子技術的快速直流電流分斷裝置，可通過快速檢測并切斷任何故障直流電流來維持直流電網(wǎng)的穩(wěn)定性，在5微秒內(nèi)隔離系統(tǒng)的故障部分，保護周邊設備，確保運行不中斷。

南方電網(wǎng)負責人表示:“ 丹佛斯傳動在直流電網(wǎng)領域的專業(yè)性，以及產(chǎn)品的安全性和可靠性給我們留下了深刻印象。我們非常歡迎丹佛斯傳動這樣的合作伙伴加入我們的項目，分享相關經(jīng)驗，與我們一道推進中國綠色建筑的發(fā)展以及零碳電網(wǎng)的打造。我們相信在珠海橫琴供電局零碳大樓的示范帶動下，未來會有更多的用戶與合作伙伴與我們一起，共同走上綠色轉型的高質量發(fā)展之路。"

丹佛斯（中國）傳動高級銷售總監(jiān)虞小平表示:“能夠參與珠海橫琴供電局零碳大樓這一示范性項目的建設，我們感到非常榮幸。基于數(shù)十年的經(jīng)驗積累和技術研發(fā)，丹佛斯傳動能夠提供豐富的直流配電解決方案和成功經(jīng)驗，也可基于客戶需求，幫助客戶評估總體影響，提供最專業(yè)的解決方案來更好的服務國內(nèi)的客戶與合作伙伴。隨著國內(nèi)綠色建筑的進一步發(fā)展，‘光儲直柔’綜合性實驗項目和示范項目已經(jīng)越來越多的涌現(xiàn)。我們將繼續(xù)加大在直流配電領域的投入，大力拓展應用，為國內(nèi)客戶與合作伙伴的零碳發(fā)展之路提供丹佛斯傳動最專業(yè)與可靠的支持。”

珠海橫琴供電局零碳大樓自2023年正式運行以來，經(jīng)第三方監(jiān)測，實現(xiàn)了可再生能源電力替代率接近21%，能耗強度相對標準限值降低近34%，建筑負荷調(diào)節(jié)比例近62%。中國城市科學研究會已將其視為探索符合我國國情建筑“碳中和”發(fā)展路徑的標桿性示范性項目，于2023年12月授予了全國首張金級“碳中和”建筑運行評價標識證書。2024年5月13日，在第二十屆國際綠建大會上，住房和城鄉(xiāng)建設部還授予珠海橫琴供電局零碳大樓“碳中和建筑”項目證書。