来源:建筑钢结构网 作者:罗一凡 变压器圈 时间:2022-11-11关键词:
摘要： 工业和信息化部、国家发展改革委、生态环境部2022年8月联合印发《工业领域碳达峰实施方案》指出：“将碳达峰碳中和目标愿景贯穿工业生产各方面和全过程”、 “效率优先，源头把控。推进减污降碳协同增效，持续降低单位产出能源资源消耗，从源头减少二氧化碳排放”。
摘要： 工业和信息化部、国家发展改革委、生态环境部2022年8月联合印发《工业领域碳达峰实施方案》指出：“将碳达峰碳中和目标愿景贯穿工业生产各方面和全过程”、 “效率优先，源头把控。推进减污降碳协同增效，持续降低单位产出能源资源消耗，从源头减少二氧化碳排放”。
工业和信息化部、国家发展改革委、生态环境部2022年8月联合印发《工业领域碳达峰实施方案》指出：“将碳达峰碳中和目标愿景贯穿工业生产各方面和全过程”、 “效率优先，源头把控。推进减污降碳协同增效，持续降低单位产出能源资源消耗，从源头减少二氧化碳排放”。
源头把控碳排量是一个重要的政策导向，也是工业企业实现其产品碳达峰和碳中和的必经之路和必须的流程。本文以变压器为例，探讨变压器行业推进双碳战略，从低碳角度进行源头把控，材料选择，到绿色产品的实践，进而推进绿色变压器广泛应用，对社会做出贡献。
一、源头把控，变压器低碳设计
变压器的制造要实现低碳化，首先要了解变压器各种材料的碳因子参数的高低，从而才能设计、制造出低碳的变压器产品。
变压器材料的碳因子见下表。数据来源：中国质量认证中心（CQC）低碳评价项目（2015）。从表中可以看到每台变压器生产过程消耗的原材料的碳排放因子的差异。
根据上表，将采用碳排放因子较高材料的变压器和采用碳排放因子较低材料的变压器进行对比，则结果如下：
1）硅钢片3.8+裸铝线9.49+环氧树脂8.25+冷轧钢板2.2=碳因子23.74
2）非晶合金3.07+漆包铜线0.79+矿物油1.74+热轧钢板2.02=7.62
通过对比可以看到，不同材料的选择碳排放因子数量差距是非常大的，这仅仅是一台变压器的碳因子及排放量的差距，如果考虑材料的重量，汇总全国变压器的产量，这种碳排放量的差异是非常大的。
因此在设计和材料选择上对产品进行低碳化设计和选型是非常重要的。
二、绿色变压器减碳的实践
目前我国企业开发并在市场中销售的绿色变压器包括硅橡胶干式变压器、天然酯（植物绝缘油）变压器、立体卷铁心变压器、敞开式干式变压器、非晶立体卷铁心敞开式变压器等。它们在安全可靠性、节能、节材、降减低噪音等方面相比传统变压器都有巨大进步，尤其在低碳方面，更是取得了值得瞩目的成绩，为我国工业低碳发展提供了一个真实可靠的实践案例。
1、硅橡胶干式变压器
硅橡胶干式变压器用硅橡胶绝缘方式替代了环氧树脂绝缘方式。硅橡胶绝缘材料主要成分为二甲基硅氧烷和导热填料，无生物毒性，在变压器绕组生产、变压器运行过程中都对人员健康安全无害，也无废气、废液排放，寿命终结材料可回收，即使填埋也不污染土壤。硅橡胶变压器生产过程的用电量仅是传统变压器生产用电量的15%。最可贵的是，硅橡胶与金属材料不粘，用简单方法即可将硅橡胶与金属导线分离，并分类回收。
相比较而言，环氧树脂不仅碳排放量高，而且与其包裹的金属很难分离，如需要回收里面的铜，则焚烧会有毒气体产生，机械分类耗能巨大，造成铜绕组回收的困难，不符合循环经济的要求。以环氧树脂为绝缘材料的变压器，从全生命周期的角度看，后期的回收和处理会带来巨大的环保难题。因此，硅橡胶干式变压器的出现，是变压器绝缘材料的重大进步，尤其具有低碳环保意义。
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2、立体卷铁心敞开式干式变压器
立体卷铁心敞开式干式变压器采用芳纶绝缘纸、环保型绝缘漆，以及聚酰亚胺薄膜构成的绝缘系统，其中，芳纶绝缘纸为全球公认的高品质环保材料，燃烧时主要产物为碳水化合物，材料阻燃、自熄无毒。可燃物含量相对于环氧树脂干式变压器下降约85%。
绝缘系统采用“纸绝缘-空气-纸绝缘”的饼式线圈结构，有别于传统树脂干变“纸绝缘-环氧树脂-纸绝缘”的包封式绝缘结构。一方面大幅降低线圈内的可燃物含量；另一方面在产品发生严重故障时，都不会产生如环氧树脂包封式线圈的爆炸现象，不会危及周边的人身和设备的安全。
立体卷铁心敞开干变结构更紧凑，与传统环氧树脂干式变压器相比，体积及重量大幅减少。我国某些企业生产的敞开式立体卷铁心干式变压器，与同容量传统带外壳环氧树脂干变相比，体积要小约34%，重量轻约41%。
立体卷铁心敞开式干式变压器，实现了用低碳材料替代高碳材料，在结构上实现了技术进步，成为典型的低碳环保产品。
3、天然酯（植物绝缘油）变压器
传统矿物油是从石油中提炼的，属于不可再生资源，其在全生命周期的碳排放量较大。天然酯绝缘油变压器可大幅减少不可再生资源的消耗、减少碳排放。天然酯绝缘油全生命周期的碳排放量仅为传统矿物油的1.5%左右。此外，天然酯绝缘油还具有可生物降解、无毒等显著环保优势。
天然酯绝缘油变压器的低碳属性，将极大减少传统的以矿物油绝缘的油浸式变压器的碳排放总量，目前我国企业已经开发出500kV以下的各类天然酯绝缘油变压器，减碳效果十分明显。
三、绿色变压器作为典型低碳产品的示范作用
三部委《工业领域碳达峰实施方案》提出:“鼓励龙头企业联合上下游企业、行业间企业开展协同降碳行动，构建企业首尾相连、互为供需、互联互通的产业链。建设一批“产业协同”、“以化固碳”示范项目。
绿色变压器的发展，有力地支持了上游的绿色低碳材料的发展，产生巨大的产业协同作用。
例如非晶合金是钢铁行业明珠性产品，而汽车行业、变压器行业是非晶合金的支撑性产业。高规格硅橡胶，过去也是需要进口的产品，而硅橡胶用高规格硅橡胶完全是我国自主开发出的新产品。另外，我国已经有了完整的植物油（天然酯绝缘油）产业链，植物油不仅能用于变压器，而且在许多电气领域可以替代过去的高碳材料。
在铜回收领域，绿色变压器产生的产业协同作用尤为明显。我国需要进口大量铜材来支撑我国许多产业的发展。而过去由于采用环氧树脂做变压器绝缘，其中的铜材回收非常困难，造成了难以处理的环保问题。而采用绿色变压器，如硅橡胶变压器、立体卷铁心敞开式干式变压器、天然酯（植物绝缘油）变压器等，则回收变压器铜材非常容易。由于铜可以100%循环使用，因此这种回收和循环利用，将是一笔巨大的社会资源的节约。据有关方面估计，到2050年，中国的人均累计用铜量将达到历史高峰，循环利用生产的铜将满足全部需求。
绿色变压器在与上游材料产业产生低碳协同作用的同时，也为下游的产业提供了优质低碳产品，如为电网公司、数据中心、新能源发电、高铁、地铁、电动汽车充电站、高层建筑等。这些行业都是我国目前快速发展行业，而这些行业对安全、节能、环保、小型化、低噪音的需求，恰恰是绿色变压器能够满足的。
绿色变压器的发展可以视为一个典型的低碳“产业协同”的示范项目。尤为可贵的是各行各业还在工业低碳化道路上摸索期间，绿色变压器已经趋向成熟发展，而且得到了越来越多用户的青睐和应用。
绿色变压器在低碳道路上的创新包括设计上的创新、材料应用上的创新、制造工艺的创新、加工设备的创新和应用、产品型式上的创新等，在这些创新的基础上，生产出能够满足客户需求的变压器产品，包括其在节能属性、环保属性、安全可靠属性、免维护、节材和小型化方面的进步等，从而为用户提供了低碳化的新选择。另外，绿色变压器的绝大部分绿色材料都产自国内，绿色变压器具有完全的自有知识产权，可实现产业链的安全化和独立自主发展。
《工业领域碳达峰实施方案》指出：将绿色低碳理念贯穿于产品设计、原料采购、生产、运输、储存、使用、回收处理的全过程，加快推进构建统一的绿色产品认证与标识体系，推动供应链全链条绿色低碳发展。鼓励“一链一策”制定低碳发展方案，发布核心供应商碳减排成效报告。绿色变压器践行了供应链全链条绿色低碳发展。
综上所述，绿色变压器实现了从产品设计、原料采购、生产、运输、储存、使用、回收处理的全过程的绿色、低碳化发展，为推进我国工业低碳化提供了一个可供借鉴的实践范例。
（本文作者：罗一凡，变压器圈）
