來源:建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng) 作者:羅一凡 變壓器圈 時間:2022-11-11
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摘要： 工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部2022年8月聯(lián)合印發(fā)《工業(yè)領(lǐng)域碳達峰實施方案》指出：“將碳達峰碳中和目標(biāo)愿景貫穿工業(yè)生產(chǎn)各方面和全過程”、 “效率優(yōu)先，源頭把控。推進減污降碳協(xié)同增效，持續(xù)降低單位產(chǎn)出能源資源消耗，從源頭減少二氧化碳排放”。
摘要： 工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部2022年8月聯(lián)合印發(fā)《工業(yè)領(lǐng)域碳達峰實施方案》指出：“將碳達峰碳中和目標(biāo)愿景貫穿工業(yè)生產(chǎn)各方面和全過程”、 “效率優(yōu)先，源頭把控。推進減污降碳協(xié)同增效，持續(xù)降低單位產(chǎn)出能源資源消耗，從源頭減少二氧化碳排放”。
工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部2022年8月聯(lián)合印發(fā)《工業(yè)領(lǐng)域碳達峰實施方案》指出：“將碳達峰碳中和目標(biāo)愿景貫穿工業(yè)生產(chǎn)各方面和全過程”、 “效率優(yōu)先，源頭把控。推進減污降碳協(xié)同增效，持續(xù)降低單位產(chǎn)出能源資源消耗，從源頭減少二氧化碳排放”。
源頭把控碳排量是一個重要的政策導(dǎo)向，也是工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)其產(chǎn)品碳達峰和碳中和的必經(jīng)之路和必須的流程。本文以變壓器為例，探討變壓器行業(yè)推進雙碳戰(zhàn)略，從低碳角度進行源頭把控，材料選擇，到綠色產(chǎn)品的實踐，進而推進綠色變壓器廣泛應(yīng)用，對社會做出貢獻。
一、源頭把控，變壓器低碳設(shè)計
變壓器的制造要實現(xiàn)低碳化，首先要了解變壓器各種材料的碳因子參數(shù)的高低，從而才能設(shè)計、制造出低碳的變壓器產(chǎn)品。
變壓器材料的碳因子見下表。數(shù)據(jù)來源：中國質(zhì)量認證中心（CQC）低碳評價項目（2015）。從表中可以看到每臺變壓器生產(chǎn)過程消耗的原材料的碳排放因子的差異。
根據(jù)上表，將采用碳排放因子較高材料的變壓器和采用碳排放因子較低材料的變壓器進行對比，則結(jié)果如下：
1）硅鋼片3.8+裸鋁線9.49+環(huán)氧樹脂8.25+冷軋鋼板2.2=碳因子23.74
2）非晶合金3.07+漆包銅線0.79+礦物油1.74+熱軋鋼板2.02=7.62
通過對比可以看到，不同材料的選擇碳排放因子數(shù)量差距是非常大的，這僅僅是一臺變壓器的碳因子及排放量的差距，如果考慮材料的重量，匯總?cè)珖儔浩鞯漠a(chǎn)量，這種碳排放量的差異是非常大的。
因此在設(shè)計和材料選擇上對產(chǎn)品進行低碳化設(shè)計和選型是非常重要的。
二、綠色變壓器減碳的實踐
目前我國企業(yè)開發(fā)并在市場中銷售的綠色變壓器包括硅橡膠干式變壓器、天然酯（植物絕緣油）變壓器、立體卷鐵心變壓器、敞開式干式變壓器、非晶立體卷鐵心敞開式變壓器等。它們在安全可靠性、節(jié)能、節(jié)材、降減低噪音等方面相比傳統(tǒng)變壓器都有巨大進步，尤其在低碳方面，更是取得了值得矚目的成績，為我國工業(yè)低碳發(fā)展提供了一個真實可靠的實踐案例。
1、硅橡膠干式變壓器
硅橡膠干式變壓器用硅橡膠絕緣方式替代了環(huán)氧樹脂絕緣方式。硅橡膠絕緣材料主要成分為二甲基硅氧烷和導(dǎo)熱填料，無生物毒性，在變壓器繞組生產(chǎn)、變壓器運行過程中都對人員健康安全無害，也無廢氣、廢液排放，壽命終結(jié)材料可回收，即使填埋也不污染土壤。硅橡膠變壓器生產(chǎn)過程的用電量僅是傳統(tǒng)變壓器生產(chǎn)用電量的15%。最可貴的是，硅橡膠與金屬材料不粘，用簡單方法即可將硅橡膠與金屬導(dǎo)線分離，并分類回收。
相比較而言，環(huán)氧樹脂不僅碳排放量高，而且與其包裹的金屬很難分離，如需要回收里面的銅，則焚燒會有毒氣體產(chǎn)生，機械分類耗能巨大，造成銅繞組回收的困難，不符合循環(huán)經(jīng)濟的要求。以環(huán)氧樹脂為絕緣材料的變壓器，從全生命周期的角度看，后期的回收和處理會帶來巨大的環(huán)保難題。因此，硅橡膠干式變壓器的出現(xiàn)，是變壓器絕緣材料的重大進步，尤其具有低碳環(huán)保意義。
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2、立體卷鐵心敞開式干式變壓器
立體卷鐵心敞開式干式變壓器采用芳綸絕緣紙、環(huán)保型絕緣漆，以及聚酰亞胺薄膜構(gòu)成的絕緣系統(tǒng)，其中，芳綸絕緣紙為全球公認的高品質(zhì)環(huán)保材料，燃燒時主要產(chǎn)物為碳水化合物，材料阻燃、自熄無毒。可燃物含量相對于環(huán)氧樹脂干式變壓器下降約85%。絕緣系統(tǒng)采用“紙絕緣-空氣-紙絕緣”的餅式線圈結(jié)構(gòu)，有別于傳統(tǒng)樹脂干變“紙絕緣-環(huán)氧樹脂-紙絕緣”的包封式絕緣結(jié)構(gòu)。一方面大幅降低線圈內(nèi)的可燃物含量；另一方面在產(chǎn)品發(fā)生嚴(yán)重故障時，都不會產(chǎn)生如環(huán)氧樹脂包封式線圈的爆炸現(xiàn)象，不會危及周邊的人身和設(shè)備的安全。
立體卷鐵心敞開干變結(jié)構(gòu)更緊湊，與傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂干式變壓器相比，體積及重量大幅減少。我國某些企業(yè)生產(chǎn)的敞開式立體卷鐵心干式變壓器，與同容量傳統(tǒng)帶外殼環(huán)氧樹脂干變相比，體積要小約34%，重量輕約41%。
立體卷鐵心敞開式干式變壓器，實現(xiàn)了用低碳材料替代高碳材料，在結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了技術(shù)進步，成為典型的低碳環(huán)保產(chǎn)品。
3、天然酯（植物絕緣油）變壓器
傳統(tǒng)礦物油是從石油中提煉的，屬于不可再生資源，其在全生命周期的碳排放量較大。天然酯絕緣油變壓器可大幅減少不可再生資源的消耗、減少碳排放。天然酯絕緣油全生命周期的碳排放量僅為傳統(tǒng)礦物油的1.5%左右。此外，天然酯絕緣油還具有可生物降解、無毒等顯著環(huán)保優(yōu)勢。
天然酯絕緣油變壓器的低碳屬性，將極大減少傳統(tǒng)的以礦物油絕緣的油浸式變壓器的碳排放總量，目前我國企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出500kV以下的各類天然酯絕緣油變壓器，減碳效果十分明顯。
三、綠色變壓器作為典型低碳產(chǎn)品的示范作用
三部委《工業(yè)領(lǐng)域碳達峰實施方案》提出:“鼓勵龍頭企業(yè)聯(lián)合上下游企業(yè)、行業(yè)間企業(yè)開展協(xié)同降碳行動，構(gòu)建企業(yè)首尾相連、互為供需、互聯(lián)互通的產(chǎn)業(yè)鏈。建設(shè)一批“產(chǎn)業(yè)協(xié)同”、“以化固碳”示范項目。
綠色變壓器的發(fā)展，有力地支持了上游的綠色低碳材料的發(fā)展，產(chǎn)生巨大的產(chǎn)業(yè)協(xié)同作用。
例如非晶合金是鋼鐵行業(yè)明珠性產(chǎn)品，而汽車行業(yè)、變壓器行業(yè)是非晶合金的支撐性產(chǎn)業(yè)。高規(guī)格硅橡膠，過去也是需要進口的產(chǎn)品，而硅橡膠用高規(guī)格硅橡膠完全是我國自主開發(fā)出的新產(chǎn)品。另外，我國已經(jīng)有了完整的植物油（天然酯絕緣油）產(chǎn)業(yè)鏈，植物油不僅能用于變壓器，而且在許多電氣領(lǐng)域可以替代過去的高碳材料。
在銅回收領(lǐng)域，綠色變壓器產(chǎn)生的產(chǎn)業(yè)協(xié)同作用尤為明顯。我國需要進口大量銅材來支撐我國許多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而過去由于采用環(huán)氧樹脂做變壓器絕緣，其中的銅材回收非常困難，造成了難以處理的環(huán)保問題。而采用綠色變壓器，如硅橡膠變壓器、立體卷鐵心敞開式干式變壓器、天然酯（植物絕緣油）變壓器等，則回收變壓器銅材非常容易。由于銅可以100%循環(huán)使用，因此這種回收和循環(huán)利用，將是一筆巨大的社會資源的節(jié)約。據(jù)有關(guān)方面估計，到2050年，中國的人均累計用銅量將達到歷史高峰，循環(huán)利用生產(chǎn)的銅將滿足全部需求。
綠色變壓器在與上游材料產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生低碳協(xié)同作用的同時，也為下游的產(chǎn)業(yè)提供了優(yōu)質(zhì)低碳產(chǎn)品，如為電網(wǎng)公司、數(shù)據(jù)中心、新能源發(fā)電、高鐵、地鐵、電動汽車充電站、高層建筑等。這些行業(yè)都是我國目前快速發(fā)展行業(yè)，而這些行業(yè)對安全、節(jié)能、環(huán)保、小型化、低噪音的需求，恰恰是綠色變壓器能夠滿足的。
綠色變壓器的發(fā)展可以視為一個典型的低碳“產(chǎn)業(yè)協(xié)同”的示范項目。尤為可貴的是各行各業(yè)還在工業(yè)低碳化道路上摸索期間，綠色變壓器已經(jīng)趨向成熟發(fā)展，而且得到了越來越多用戶的青睞和應(yīng)用。
綠色變壓器在低碳道路上的創(chuàng)新包括設(shè)計上的創(chuàng)新、材料應(yīng)用上的創(chuàng)新、制造工藝的創(chuàng)新、加工設(shè)備的創(chuàng)新和應(yīng)用、產(chǎn)品型式上的創(chuàng)新等，在這些創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出能夠滿足客戶需求的變壓器產(chǎn)品，包括其在節(jié)能屬性、環(huán)保屬性、安全可靠屬性、免維護、節(jié)材和小型化方面的進步等，從而為用戶提供了低碳化的新選擇。另外，綠色變壓器的絕大部分綠色材料都產(chǎn)自國內(nèi)，綠色變壓器具有完全的自有知識產(chǎn)權(quán)，可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的安全化和獨立自主發(fā)展。
《工業(yè)領(lǐng)域碳達峰實施方案》指出：將綠色低碳理念貫穿于產(chǎn)品設(shè)計、原料采購、生產(chǎn)、運輸、儲存、使用、回收處理的全過程，加快推進構(gòu)建統(tǒng)一的綠色產(chǎn)品認證與標(biāo)識體系，推動供應(yīng)鏈全鏈條綠色低碳發(fā)展。鼓勵“一鏈一策”制定低碳發(fā)展方案，發(fā)布核心供應(yīng)商碳減排成效報告。綠色變壓器踐行了供應(yīng)鏈全鏈條綠色低碳發(fā)展。
綜上所述，綠色變壓器實現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計、原料采購、生產(chǎn)、運輸、儲存、使用、回收處理的全過程的綠色、低碳化發(fā)展，為推進我國工業(yè)低碳化提供了一個可供借鑒的實踐范例。
（本文作者：羅一凡，變壓器圈）
