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摘 要：本文针对建筑企业施工临时用电配置中存在的因施工组织变化和设备配置变化导致供电设施容量不足、大功率设备无法启动、变压器无法扩容或周期长、自发电成本高、使用效率低、燃油消耗管控难度大等问题，通过引入新能源混合动力技术来解决，为今后在类似条件下的施工项目临时用电规划提供了新型高效、低能耗、低成本、便于管理的解决方案。
关键词：临时用电;混合动力技术;配置
一、建筑施工临时用电配置现状
目前建筑施工企业在项目施工时普遍采用将临时用电变压器接入地方电网（非专线 ）的用电方式。当地方电网变电站容量不足、取电电距离过远、短期无法接通时，需要大量配置柴油发电机组、或者花费数几百万、甚至上千万的成本为变电站扩容、架设专用高压线路满足电力需求。
二、临时用电配置存在的问题及原因分析
现阶段建筑施工临时用电配置方式存在灵活性不足、施工方案变更时临电适配性差、自发电成本高等问题，相关问题及原因分析如下：
（一）地方电网灵活性不足，当施工方案变化时，临时用电配置无法快速变更，影响项目施工生产整体进度
项目临时用电变压器的选型、安装位置受施工方案、地质条件等因素影响较大，当施工工艺和设备发生变化时，配电方案往往需同步变化，但是临时变压器接入地方电网时即使是在变电站容量充足、搭火点距离较近的情况下仍需60-90天才能完成申请、报装、交验、搭火等流程。从而导致因变压器增容时时间较长，电力施工设备因变压器容量不足无法投入使用。若再遇到变电站容量不足、架设专线、自发电等情形，项目部施工生产进度和用电成本都将受到巨大影响。
（二）电网未接通或用电负荷过大，通过自发电供电时带载能力差、易造成供电不足或容量浪费、燃油效率低、运行费用高，成本管控难度大。
1.过载性能较差，带载能力差
因柴油发电机过载能力差，设备选型时往往需预留的较高的冗余容量，容易因长期低负载运行造成成本升高。以施工设备中常见的45kw冲击钻为例，配套22kw泥浆循环泵之后，单套设备额定总功率67kw。若配置柴油发电机组作为动力源，考虑到冲击钻45kw主电机的启动电流较大、电动机负载无功功率较高等情况，250kw柴油发电机最多只能为3套冲击钻供电（额定总功率201kw），若勉强接入第四套冲击钻容易出现冲击钻主电机无法启动、重负载作业时电压不稳、柴油发电机组频繁跳闸等问题。但是3套沖击钻施工的工序循环中经常会有1至2台冲击钻处于低负载运行区域，造成柴油发电机组使用效率降低、燃油成本升高。
2.燃油经济性较低
区别于工业生产企业稳定负载的生产型设备，建筑企业的施工设备在运转中普遍存在负荷周期性波动的情况，低负荷周期时柴油发电机燃油经济性极低。同样以上述冲击钻为例，250kw柴油发电机为3套冲击钻（额定总功率201kw时负载约75%）供电时，因桩基施工的的各工序中，仅有钻孔时设备用电需求在高位运行（包含无功损耗单套设备实际运行约50kw至67kw），清孔和加固钻头时用电需求较低（单套设备20kw以内），钻机就位、安装钢筋笼、浇筑混凝土、设备转场时设备用电需求接近于0，但此时发电机组仍不能关闭。其他工序时单套钻机的运行功率需求（泥浆循环、电焊机等）均不超过20kw（柴油发电机负载约8%）。
3.噪音较大
发电机组普遍噪音较大，不适合市区内夜间施工使用，大部分厂家的发电机组在加装降噪箱体之后，70%负载时发电机7米处的工作噪音仍然高达70 Db（A）至80 Db（A）。地铁车站、市政工程等市区内项目常因夜间噪音不达标被处罚。
4.燃油消耗合理性无法准确计算，管控难度高
从《250kw柴油发电机燃油成本核算表》可知，250kw发电机组为3套冲击钻供电时按用电量核算的成本介于1.65元/kwh至55.17元/kwh之间，按用电时间核算的成本介于55.17元/h至332.86元/h之间。不同负载、不同工况下的燃油合理消耗量差别巨大，管理人员无法通过理论数值核算燃油消耗合理性，易出现偷油、卖油等情形。发电机同时还具有相对固定位置运行、油箱防盗难度高等问题，不法分子可以通过小流量持续放油的方式逃脱信息化油耗检测设备，燃油消耗管控难度极大。
三、混合动力新能源技术在临时用电配置中应用形式
（一）混合动力新能源技术概述
混合动力指采用两种以上不同动力源作为输出动力源的一种技术，通常意义上指的是燃油动力源和电力动力源之间混合动力，电力动力源可以是光伏、风电、储能电站、电网供电等各种形式。
（二）临时用电配置中引入混合动力新能源技术的方式和核心优势
基于以上临时用电中的弊端，可以引入混合动力新能源技术弥补供电中的各种不足。采用变压器+储能电站、发电机组+储能电站、变压器+发电机组+储能电站等形式组成微电网，利用智能控制系统调度能量源输入，根据系统负载自动控制发电机、储能电站的接入和退出，可以解决临时用电配置、使用、成本方面的诸多问题。储能电站具有超载能力强、抗冲击效果好、兼具无功补偿的特性，将储能电站作为变压器和发电机调节能源输出、削峰填谷、短时间抗冲击供电的并联设备，借助系统中双向变流器的自动运行，可以实现100%无功调节，保证供电系统始终处于功率因数为1的最高效率状态。通过上述方式即可组成低成本、高效能、自动运行的智能控制微电网系统，常见组网方式及应用范围如下：
1.电网供电与储能电站组成微电网系统
此种组网方式适合应用于变压器容量不足、扩容成本太高、扩容周期无法满足施工生产需求、发电机组噪音扰民、大功率设备使用率不高的情况，当现有变压器连续运行能满足总用电量需求，但无法负载短时间内、大功率设备的启动和运行时可以选用此方案。用电负荷低于变压器额定容量时，全部负载由变压器承担，变压器富裕容量为储能电站充电;用电负荷大于变压器容量时，超出额定容量部分的负荷由储能电站承担。 储能电站在工作中完全无噪音，同时也无需消耗燃油，无需专人值守，可以实现24小时全自动免维护运行。
2.发电机与储能电站组成微电网系统
此种组网方式一般用于电网未接通、发电机组单独供电效率太低时的替换方案。当储能电站能量充足时，负荷全部由储能电站承担，发电机不启动;当储能电站电量低于设定的最低SOC值时柴油发电机组启动并始终保持在高效率区间运行（60%至80%负载），发电机组的多余电能为储能电站充电;当负荷高于发电机组负载能力时，储能电站和柴油发电机自动并联共同对外放电;当储能电站电量达到系统设定的最高SOC值时，柴油发电机自动关闭，负载全部由储能电站承担。
基于蓄电池的特性，储能电站可以实现短时间高倍率放电（为保护电池一般最高设定为瞬时3C、短时2C、稳定1C），支持大功率设备启动和运行。在广州地铁11号线项目实际使用中，250kw柴油发电机组+300kwh储能电站高峰时期为额定总功率469kw的7套冲击钻稳定供电。
在此方案中，因发电机组始终工作在高效率区间，燃油经济性相当可观，在本企业施工项目部试运行中，该系统的燃油消耗指标始终未超过1.75元/kwh（按0#柴油6.13元/升计算），远低于建筑施工企业常规柴油发电机3至5元/kwh的单价。
3.电网变压器、发电机、储能电站共同组成微电网系统
此种组网方式适合应用于变压器容量不足、扩容成本太高、扩容周期无法满足施工生产需求、大功率设备连续运行时间长、现有变压器连续高负荷运行仍然不能满足总用电量需求的情况。
负荷较低时全部负载由变压器承担，变压器富裕容量为储能电站充电;负荷较高时变压器和储能电站共同承担负载;当负荷大于变压器+储能电站最高输出功率或者储能电站电量达到设定的最低SOC值，变压器无富裕容量提供充电时发电机组自动启动承担负载;当系统内有超大功率需求时，变压器、储能电站、发电机组可以实现同时对外放电，满足用电需求。
在电网变压器、发电机、储能电站共同组网的系统中，为保证能源成本最优，一般会设定发电机组作为末位供能设备，只有当变压器和储能电站最大功率运行仍不能满足负载需求时，系统才会自动启动柴油发电机。
四、广州地铁11号线项目引入新能源混合动力技术供电的实际效果
广州地铁11号线项目广园新村站临时用电施工组织设计共配置了2台630kva变压器，但是因地质原因，原定使用的连续墙液压抓斗、双轮铣等设备功效太低无法满足工期要求，项目部变更施工方案后新增7台45kw冲击钻（每台钻机配备额定功率22kw的泥浆泵一台）。
第一批进场的3套冲击钻总功率201kw，由一台250kw柴油发电机供电，设备正常运转半个月后，项目部测算成本发现：该柴油发电机组15天时间对外供电10845度，共消耗燃油6521升，按照0#柴油6.13元/升的价格核算，发电机柴油费成本为3.68元/度，若再加上发电机租赁费、值守电工的人员工资，本项目柴油发电机用电成本接近5.8元/度。
第二批4套冲击钻进场后，项目部将柴油发电机组退租，引入250kw柴油发电机组+300kwh储能电站组成的混合动力微电网系统为7套冲击钻供电，用电成本从5.8元/度降至2.2元/度。经过后台监控发现，7套额定总功率469kw的冲击钻全部正常工作时，微电网系统总负荷在200kw至270kw之间浮动。
从广州地铁11号线项目引入混合动力新能源技術供电后，项目用电成本降幅达到62%。单台250kw柴油发电机组只能为3套冲击钻供电，为该发电机接入储能电站组成混合动力微电网系统后可以直接为7套冲击钻供电，利用混合动力系统中的储能电站短时间高倍率放电特性辅助大功率电机启动，解决大功率电动机启动瞬间对柴油发电机冲击过大、正常运转时又比额定功率小很多，柴油发电机组选型时难以均衡、使用效率过低的问题。
五、结论
建筑施工企业在临时用电配置中存在的灵活性不足、影响施工生产、柴油发电机过载能力差、燃油经济性较低、噪音较大、燃油核算管控难度大的问题，通过引入混合动力新能源技术合理选择配电方式可以全部解决。同时，采用混合动力新能源技术的微电网系统具有发电燃油消耗率稳定、系统智能化程度高的特点，可以实现无人值守全自动运行，便于费用的核算列支，可以降低项目部管理成本、节约用电成本，为建筑施工企业在临时用电配置中提供全新的解决方案。
中铁一局集团有限公司广州分公司 广东 广州 510650
关键词：临时用电;混合动力技术;配置
一、建筑施工临时用电配置现状
目前建筑施工企业在项目施工时普遍采用将临时用电变压器接入地方电网（非专线 ）的用电方式。当地方电网变电站容量不足、取电电距离过远、短期无法接通时，需要大量配置柴油发电机组、或者花费数几百万、甚至上千万的成本为变电站扩容、架设专用高压线路满足电力需求。
二、临时用电配置存在的问题及原因分析
现阶段建筑施工临时用电配置方式存在灵活性不足、施工方案变更时临电适配性差、自发电成本高等问题，相关问题及原因分析如下：
（一）地方电网灵活性不足，当施工方案变化时，临时用电配置无法快速变更，影响项目施工生产整体进度
项目临时用电变压器的选型、安装位置受施工方案、地质条件等因素影响较大，当施工工艺和设备发生变化时，配电方案往往需同步变化，但是临时变压器接入地方电网时即使是在变电站容量充足、搭火点距离较近的情况下仍需60-90天才能完成申请、报装、交验、搭火等流程。从而导致因变压器增容时时间较长，电力施工设备因变压器容量不足无法投入使用。若再遇到变电站容量不足、架设专线、自发电等情形，项目部施工生产进度和用电成本都将受到巨大影响。
（二）电网未接通或用电负荷过大，通过自发电供电时带载能力差、易造成供电不足或容量浪费、燃油效率低、运行费用高，成本管控难度大。
1.过载性能较差，带载能力差
因柴油发电机过载能力差，设备选型时往往需预留的较高的冗余容量，容易因长期低负载运行造成成本升高。以施工设备中常见的45kw冲击钻为例，配套22kw泥浆循环泵之后，单套设备额定总功率67kw。若配置柴油发电机组作为动力源，考虑到冲击钻45kw主电机的启动电流较大、电动机负载无功功率较高等情况，250kw柴油发电机最多只能为3套冲击钻供电（额定总功率201kw），若勉强接入第四套冲击钻容易出现冲击钻主电机无法启动、重负载作业时电压不稳、柴油发电机组频繁跳闸等问题。但是3套沖击钻施工的工序循环中经常会有1至2台冲击钻处于低负载运行区域，造成柴油发电机组使用效率降低、燃油成本升高。
2.燃油经济性较低
区别于工业生产企业稳定负载的生产型设备，建筑企业的施工设备在运转中普遍存在负荷周期性波动的情况，低负荷周期时柴油发电机燃油经济性极低。同样以上述冲击钻为例，250kw柴油发电机为3套冲击钻（额定总功率201kw时负载约75%）供电时，因桩基施工的的各工序中，仅有钻孔时设备用电需求在高位运行（包含无功损耗单套设备实际运行约50kw至67kw），清孔和加固钻头时用电需求较低（单套设备20kw以内），钻机就位、安装钢筋笼、浇筑混凝土、设备转场时设备用电需求接近于0，但此时发电机组仍不能关闭。其他工序时单套钻机的运行功率需求（泥浆循环、电焊机等）均不超过20kw（柴油发电机负载约8%）。
3.噪音较大
发电机组普遍噪音较大，不适合市区内夜间施工使用，大部分厂家的发电机组在加装降噪箱体之后，70%负载时发电机7米处的工作噪音仍然高达70 Db（A）至80 Db（A）。地铁车站、市政工程等市区内项目常因夜间噪音不达标被处罚。
4.燃油消耗合理性无法准确计算，管控难度高
从《250kw柴油发电机燃油成本核算表》可知，250kw发电机组为3套冲击钻供电时按用电量核算的成本介于1.65元/kwh至55.17元/kwh之间，按用电时间核算的成本介于55.17元/h至332.86元/h之间。不同负载、不同工况下的燃油合理消耗量差别巨大，管理人员无法通过理论数值核算燃油消耗合理性，易出现偷油、卖油等情形。发电机同时还具有相对固定位置运行、油箱防盗难度高等问题，不法分子可以通过小流量持续放油的方式逃脱信息化油耗检测设备，燃油消耗管控难度极大。
三、混合动力新能源技术在临时用电配置中应用形式
（一）混合动力新能源技术概述
混合动力指采用两种以上不同动力源作为输出动力源的一种技术，通常意义上指的是燃油动力源和电力动力源之间混合动力，电力动力源可以是光伏、风电、储能电站、电网供电等各种形式。
（二）临时用电配置中引入混合动力新能源技术的方式和核心优势
基于以上临时用电中的弊端，可以引入混合动力新能源技术弥补供电中的各种不足。采用变压器+储能电站、发电机组+储能电站、变压器+发电机组+储能电站等形式组成微电网，利用智能控制系统调度能量源输入，根据系统负载自动控制发电机、储能电站的接入和退出，可以解决临时用电配置、使用、成本方面的诸多问题。储能电站具有超载能力强、抗冲击效果好、兼具无功补偿的特性，将储能电站作为变压器和发电机调节能源输出、削峰填谷、短时间抗冲击供电的并联设备，借助系统中双向变流器的自动运行，可以实现100%无功调节，保证供电系统始终处于功率因数为1的最高效率状态。通过上述方式即可组成低成本、高效能、自动运行的智能控制微电网系统，常见组网方式及应用范围如下：
1.电网供电与储能电站组成微电网系统
此种组网方式适合应用于变压器容量不足、扩容成本太高、扩容周期无法满足施工生产需求、发电机组噪音扰民、大功率设备使用率不高的情况，当现有变压器连续运行能满足总用电量需求，但无法负载短时间内、大功率设备的启动和运行时可以选用此方案。用电负荷低于变压器额定容量时，全部负载由变压器承担，变压器富裕容量为储能电站充电;用电负荷大于变压器容量时，超出额定容量部分的负荷由储能电站承担。 储能电站在工作中完全无噪音，同时也无需消耗燃油，无需专人值守，可以实现24小时全自动免维护运行。
2.发电机与储能电站组成微电网系统
此种组网方式一般用于电网未接通、发电机组单独供电效率太低时的替换方案。当储能电站能量充足时，负荷全部由储能电站承担，发电机不启动;当储能电站电量低于设定的最低SOC值时柴油发电机组启动并始终保持在高效率区间运行（60%至80%负载），发电机组的多余电能为储能电站充电;当负荷高于发电机组负载能力时，储能电站和柴油发电机自动并联共同对外放电;当储能电站电量达到系统设定的最高SOC值时，柴油发电机自动关闭，负载全部由储能电站承担。
基于蓄电池的特性，储能电站可以实现短时间高倍率放电（为保护电池一般最高设定为瞬时3C、短时2C、稳定1C），支持大功率设备启动和运行。在广州地铁11号线项目实际使用中，250kw柴油发电机组+300kwh储能电站高峰时期为额定总功率469kw的7套冲击钻稳定供电。
在此方案中，因发电机组始终工作在高效率区间，燃油经济性相当可观，在本企业施工项目部试运行中，该系统的燃油消耗指标始终未超过1.75元/kwh（按0#柴油6.13元/升计算），远低于建筑施工企业常规柴油发电机3至5元/kwh的单价。
3.电网变压器、发电机、储能电站共同组成微电网系统
此种组网方式适合应用于变压器容量不足、扩容成本太高、扩容周期无法满足施工生产需求、大功率设备连续运行时间长、现有变压器连续高负荷运行仍然不能满足总用电量需求的情况。
负荷较低时全部负载由变压器承担，变压器富裕容量为储能电站充电;负荷较高时变压器和储能电站共同承担负载;当负荷大于变压器+储能电站最高输出功率或者储能电站电量达到设定的最低SOC值，变压器无富裕容量提供充电时发电机组自动启动承担负载;当系统内有超大功率需求时，变压器、储能电站、发电机组可以实现同时对外放电，满足用电需求。
在电网变压器、发电机、储能电站共同组网的系统中，为保证能源成本最优，一般会设定发电机组作为末位供能设备，只有当变压器和储能电站最大功率运行仍不能满足负载需求时，系统才会自动启动柴油发电机。
四、广州地铁11号线项目引入新能源混合动力技术供电的实际效果
广州地铁11号线项目广园新村站临时用电施工组织设计共配置了2台630kva变压器，但是因地质原因，原定使用的连续墙液压抓斗、双轮铣等设备功效太低无法满足工期要求，项目部变更施工方案后新增7台45kw冲击钻（每台钻机配备额定功率22kw的泥浆泵一台）。
第一批进场的3套冲击钻总功率201kw，由一台250kw柴油发电机供电，设备正常运转半个月后，项目部测算成本发现：该柴油发电机组15天时间对外供电10845度，共消耗燃油6521升，按照0#柴油6.13元/升的价格核算，发电机柴油费成本为3.68元/度，若再加上发电机租赁费、值守电工的人员工资，本项目柴油发电机用电成本接近5.8元/度。
第二批4套冲击钻进场后，项目部将柴油发电机组退租，引入250kw柴油发电机组+300kwh储能电站组成的混合动力微电网系统为7套冲击钻供电，用电成本从5.8元/度降至2.2元/度。经过后台监控发现，7套额定总功率469kw的冲击钻全部正常工作时，微电网系统总负荷在200kw至270kw之间浮动。
从广州地铁11号线项目引入混合动力新能源技術供电后，项目用电成本降幅达到62%。单台250kw柴油发电机组只能为3套冲击钻供电，为该发电机接入储能电站组成混合动力微电网系统后可以直接为7套冲击钻供电，利用混合动力系统中的储能电站短时间高倍率放电特性辅助大功率电机启动，解决大功率电动机启动瞬间对柴油发电机冲击过大、正常运转时又比额定功率小很多，柴油发电机组选型时难以均衡、使用效率过低的问题。
五、结论
建筑施工企业在临时用电配置中存在的灵活性不足、影响施工生产、柴油发电机过载能力差、燃油经济性较低、噪音较大、燃油核算管控难度大的问题，通过引入混合动力新能源技术合理选择配电方式可以全部解决。同时，采用混合动力新能源技术的微电网系统具有发电燃油消耗率稳定、系统智能化程度高的特点，可以实现无人值守全自动运行，便于费用的核算列支，可以降低项目部管理成本、节约用电成本，为建筑施工企业在临时用电配置中提供全新的解决方案。
中铁一局集团有限公司广州分公司 广东 广州 510650