來源:建筑鋼結構網 作者:羅一凡 變壓器圈 時間:2022-11-11
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摘要： 工業和信息化部、國家發展改革委、生態環境部2022年8月聯合印發《工業領域碳達峰實施方案》指出：“將碳達峰碳中和目標愿景貫穿工業生產各方面和全過程”、 “效率優先，源頭把控。推進減污降碳協同增效，持續降低單位產出能源資源消耗，從源頭減少二氧化碳排放”。
摘要： 工業和信息化部、國家發展改革委、生態環境部2022年8月聯合印發《工業領域碳達峰實施方案》指出：“將碳達峰碳中和目標愿景貫穿工業生產各方面和全過程”、 “效率優先，源頭把控。推進減污降碳協同增效，持續降低單位產出能源資源消耗，從源頭減少二氧化碳排放”。
工業和信息化部、國家發展改革委、生態環境部2022年8月聯合印發《工業領域碳達峰實施方案》指出：“將碳達峰碳中和目標愿景貫穿工業生產各方面和全過程”、 “效率優先，源頭把控。推進減污降碳協同增效，持續降低單位產出能源資源消耗，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向，也是工業企業實現其產品碳達峰和碳中和的必經之路和必須的流程。本文以變壓器為例，探討變壓器行業推進雙碳戰略，從低碳角度進行源頭把控，材料選擇，到綠色產品的實踐，進而推進綠色變壓器廣泛應用，對社會做出貢獻。
一、源頭把控，變壓器低碳設計
變壓器的制造要實現低碳化，首先要了解變壓器各種材料的碳因子參數的高低，從而才能設計、制造出低碳的變壓器產品。
變壓器材料的碳因子見下表。數據來源：中國質量認證中心（CQC）低碳評價項目（2015）。從表中可以看到每臺變壓器生產過程消耗的原材料的碳排放因子的差異。
根據上表，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，則結果如下：
1）硅鋼片3.8+裸鋁線9.49+環氧樹脂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，匯總全國變壓器的產量，這種碳排放量的差異是非常大的。
因此在設計和材料選擇上對產品進行低碳化設計和選型是非常重要的。
二、綠色變壓器減碳的實踐
目前我國企業開發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、節能、節材、降減低噪音等方面相比傳統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，為我國工業低碳發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熱填料，無生物毒性，在變壓器繞組生產、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，壽命終結材料可回收，即使填埋也不污染土壤。硅橡膠變壓器生產過程的用電量僅是傳統變壓器生產用電量的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線分離，并分類回收。
相比較而言，環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生，機械分類耗能巨大，造成銅繞組回收的困難，不符合循環經濟的要求。以環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保難題。因此，硅橡膠干式變壓器的出現，是變壓器絕緣材料的重大進步，尤其具有低碳環保意義。
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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、環保型絕緣漆，以及聚酰亞胺薄膜構成的絕緣系統，其中，芳綸絕緣紙為全球公認的高品質環保材料，燃燒時主要產物為碳水化合物，材料阻燃、自熄無毒?？扇嘉锖肯鄬τ诃h氧樹脂干式變壓器下降約85%。絕緣系統采用“紙絕緣-空氣-紙絕緣”的餅式線圈結構，有別于傳統樹脂干變“紙絕緣-環氧樹脂-紙絕緣”的包封式絕緣結構。一方面大幅降低線圈內的可燃物含量；另一方面在產品發生嚴重故障時，都不會產生如環氧樹脂包封式線圈的爆炸現象，不會危及周邊的人身和設備的安全。
立體卷鐵心敞開干變結構更緊湊，與傳統環氧樹脂干式變壓器相比，體積及重量大幅減少。我國某些企業生產的敞開式立體卷鐵心干式變壓器，與同容量傳統帶外殼環氧樹脂干變相比，體積要小約34%，重量輕約41%。
立體卷鐵心敞開式干式變壓器，實現了用低碳材料替代高碳材料，在結構上實現了技術進步，成為典型的低碳環保產品。
3、天然酯（植物絕緣油）變壓器
傳統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、無毒等顯著環保優勢。
天然酯絕緣油變壓器的低碳屬性，將極大減少傳統的以礦物油絕緣的油浸式變壓器的碳排放總量，目前我國企業已經開發出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品的示范作用
三部委《工業領域碳達峰實施方案》提出:“鼓勵龍頭企業聯合上下游企業、行業間企業開展協同降碳行動，構建企業首尾相連、互為供需、互聯互通的產業鏈。建設一批“產業協同”、“以化固碳”示范項目。
綠色變壓器的發展，有力地支持了上游的綠色低碳材料的發展，產生巨大的產業協同作用。
例如非晶合金是鋼鐵行業明珠性產品，而汽車行業、變壓器行業是非晶合金的支撐性產業。高規格硅橡膠，過去也是需要進口的產品，而硅橡膠用高規格硅橡膠完全是我國自主開發出的新產品。另外，我國已經有了完整的植物油（天然酯絕緣油）產業鏈，植物油不僅能用于變壓器，而且在許多電氣領域可以替代過去的高碳材料。
在銅回收領域，綠色變壓器產生的產業協同作用尤為明顯。我國需要進口大量銅材來支撐我國許多產業的發展。而過去由于采用環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%循環使用，因此這種回收和循環利用，將是一筆巨大的社會資源的節約。據有關方面估計，到2050年，中國的人均累計用銅量將達到歷史高峰，循環利用生產的銅將滿足全部需求。
綠色變壓器在與上游材料產業產生低碳協同作用的同時，也為下游的產業提供了優質低碳產品，如為電網公司、數據中心、新能源發電、高鐵、地鐵、電動汽車充電站、高層建筑等。這些行業都是我國目前快速發展行業，而這些行業對安全、節能、環保、小型化、低噪音的需求，恰恰是綠色變壓器能夠滿足的。
綠色變壓器的發展可以視為一個典型的低碳“產業協同”的示范項目。尤為可貴的是各行各業還在工業低碳化道路上摸索期間，綠色變壓器已經趨向成熟發展，而且得到了越來越多用戶的青睞和應用。
綠色變壓器在低碳道路上的創新包括設計上的創新、材料應用上的創新、制造工藝的創新、加工設備的創新和應用、產品型式上的創新等，在這些創新的基礎上，生產出能夠滿足客戶需求的變壓器產品，包括其在節能屬性、環保屬性、安全可靠屬性、免維護、節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自國內，綠色變壓器具有完全的自有知識產權，可實現產業鏈的安全化和獨立自主發展。
《工業領域碳達峰實施方案》指出：將綠色低碳理念貫穿于產品設計、原料采購、生產、運輸、儲存、使用、回收處理的全過程，加快推進構建統一的綠色產品認證與標識體系，推動供應鏈全鏈條綠色低碳發展。鼓勵“一鏈一策”制定低碳發展方案，發布核心供應商碳減排成效報告。綠色變壓器踐行了供應鏈全鏈條綠色低碳發展。
綜上所述，綠色變壓器實現了從產品設計、原料采購、生產、運輸、儲存、使用、回收處理的全過程的綠色、低碳化發展，為推進我國工業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）
