綠色變壓器定義
綠色變壓器是指包括在原材料獲取、生產制造、包裝運輸、運行維護等全生命周期各階段中，滿足高效節能、科學節材、低碳環保、安全可靠、可回收率高等基本要求的一類變壓器，產品符合高效節能變壓器（GB20052）的能效等級要求，在變壓器全生命周期階段能夠對環境的負面影響降低到最小程度，符合國家低碳、循環經濟的總體要求。
對定義的延伸解釋
綠色變壓器要求在設計階段就需要按照《生態設計產品評價技術規范 變壓器》（GB/T40092-2021）的評價指標，即資源、能源、環境、產品四大屬性對產品進行生態的設計和技術創新。
綠色變壓器要求在制造過程中，應盡量減少材料的使用種類、用量及提高使用材料的利用率，盡量使用可再生利用的材料；產品達到二級能效以上的要求；在滿足性能、環保、安全、能效要求的基礎上，合理延長變壓器的使用壽命；并采用降低產品噪聲的技術方案等。
綠色變壓器在運行過程中，應考慮變壓器的經濟運行、降低運行損耗，提升變壓器系統運行效率，并加強對變壓器電力負荷大數據的分析應有。
綠色變壓器在回收利用方面，要對金屬和主要絕緣材料進行回收和再利用，避免有害物質產生及合理處理固體廢棄物。
總之，綠色變壓器符合國家綠色、低碳、循環發展戰略、符合社會發展趨勢，代表新一代技術和生產方式，引導變壓器產業升級換代。
二、綠色變壓器的經濟性
綠色變壓器的綠色技術性能優勢，需要考慮是否能帶來全壽命周期的經濟性，即總成本是否更優。
在評價產品總成本中，國內外通常采用全壽命周期的評價方法，這種方法也可以應用于綠色變壓器。因為綠色變壓器中對于綜合資源節約、原材料節約、運行能耗減少、維護性高，都可以體現在全壽命周期管理思路中，并降低從產品原材料成本至運維中的成本。此外，還有一些隱性和潛在的風險支出，如運行中的噪音導致的投訴，礦物油浸式變壓器潛在的漏油風險帶來環境污染的懲罰性支出，或礦物油廢油回收中作為危廢產品額外的儲運安全支出，環氧樹脂干式變壓器在回收中的處置等。
三、全壽命周期評價方法
評價變壓器的經濟性，常用life cycle cost （LCC）或Total owing cost （TOC）作為技術經濟的評價工具。國內一般使用TOC的方法。
總擁有費用法（TOC法）提出，購買變壓器的綜合成本費用不僅應該考慮變壓器的初始購買費用，還應考慮貨幣的時間價值，重點把使用期限內的損耗費用折算成等價現值綜合考慮變壓器的經濟效益。我國電力行業于2002年引用了TOC法的基本思路和原則，并根據中國用戶在選購變壓器時所受影響因素的實際情況，對TOC法的公式和參數做出調整，分別于2005年制定、2012年和2021年修訂了“配電變壓器能效技術經濟評價導則”（DL/T985），指導配電變壓器用戶從經濟角度更加直觀地了解、評判變壓器的節能效益。該方法綜合考慮了變壓器價格、損耗、負荷特點、電價等技術經濟指標對變壓器經濟性的影響。TOC的計算公式一般可以表述為：TOC=CI+AP0+BPk；其中，CI 是設備初始費用，A是變壓器空載損耗等效初始費用系數，B是變壓器負載損耗等效初始費用系數，P0是變壓器額定空載損耗，Pk是變壓器額定負載損耗。
四、綠色變壓器各類成本及其相應的經濟性
綠色變壓器的材料不僅具備了環境友好的特點，在降低總成本上也有相應的技術特點和優勢。比如，三角立體卷鐵心變壓器，通過鐵心工藝減少鐵心材料和繞組材料的消耗而降低材料成本；硅橡膠絕緣變壓器，通過硅橡膠與空氣結合的絕緣結構減小空氣距離，以控制體積和材料用量；天然酯（植物絕緣油）變壓器可以提高耐熱等級應用而小型化等。
綠色變壓器中的天然酯（植物絕緣油）變壓器、敞開式干式變壓器等，在不降低壽命前提下的提高負載能力，選擇降容量方案可以減少運行電費支出；在水面光伏項目、部分公建項目等，因要求滿足無泄漏污染或防火規定而采用環氧樹脂干式變壓器的方案中，采用天然酯絕緣油變壓器替代環氧樹脂干式變壓器方案，不僅可以降低投資價格和運行電費，也易于對設備檢測和風險的預測。
綠色變壓器的這些特點，在采購成本、運行電費成本、防火成本等方面，都有量化的評價方案。電力行業的TOC標準，根據“配電變壓器能效技術經濟評價導則”DL/T985，可以開展總成本的計算，以選擇合適的綠色變壓器。以下是從TOC角度給出兩個比較方案：
五、電力負載率波動較大場合的綠色變壓器總成本評價
在城市或農村，居民生活用電經常受季節和早晚峰值波動的影響，變壓器的容量一般選擇較大。而大部分時間的變壓器負載率較低，容量浪費較大。比如，某小區當年最大高峰負載主要來源為夏季空調負荷，高峰負載約400kVA，年平均負荷率為15%，在夏季高峰負載年增長率按1%考慮，可以選擇高耐溫等級的500kVA天然酯絕緣油變壓器，或者按照常規方案選擇容量裕度更大的630kVA、800kVA的礦物油絕緣變壓器。兩個不同絕緣方案的總成本評價中，共有4個方面的考慮設計要素（以13系列 10kV配電變壓器為例）：
第1是設備基本性能參數，如表5-1；
表5-1 三種容量配電變壓器的基本參數和價格
|
參數 |
單位 |
類型A-天然酯 |
類型C-礦物油 |
類型D-礦物油 |
|
配電變壓器額定容量Se |
kVA |
500 |
630 |
800 |
|
額定空載損耗P0 |
kW |
.48 |
.57 |
.7 |
|
額定負載損耗Pk |
kW |
5.15 |
6.2 |
7.5 |
|
額定空載電流I0 |
% |
.5 |
.4 |
.4 |
|
額定短路阻抗Uk |
% |
4 |
4.5 |
4.5 |
|
購置費用CI |
元 |
60000 |
69000 |
88000 |
|
注：表中購置費用僅供參考，在實際工程中以廠方報價為準。 |
||||
第2是經濟參數，如表5-2；
表5-2 三種容量配電變壓器的經濟參數
|
參數 |
單位 |
類型A-天然酯 |
類型C-礦物油 |
類型D-礦物油 |
|
配電變壓器容量Se |
kVA |
500 |
630 |
800 |
|
經濟使用期n |
年 |
20 |
||
|
貼現率i |
% |
8.0 |
||
|
售電單價Ees |
元/kWh |
0.6 |
||
第3是基于TOC計算的運行參數，如表5-3；
表5-3 三種容量配電變壓器的運行參數
|
參數 |
單位 |
類型A-天然酯 |
類型C-礦物油 |
類型D-礦物油 |
|
配電變壓器容量Se |
kVA |
500 |
630 |
800 |
|
初始年高峰負載率β0 |
% |
80 |
63.5 |
50 |
|
高峰負載年增長率g |
% |
1.0 |
||
|
年帶電小時數Hpy |
H |
8 760 |
||
|
年最大負載利用小時數Tmax |
H |
2 500 |
||
|
年最大負載損耗小時τ |
H |
1 874 |
||
|
其他費用 |
元 |
0 |
||
|
無功經濟當量KQ |
kW/kVAR |
0.05 |
||
第4是基于TOC計算的空負載損耗等效系數，如表5-4;
表5-4 三種容量配電變壓器的系數A和系數B的計算
|
參數 |
單位 |
類型A-天然酯 |
類型C-礦物油 |
類型D-礦物油 |
|
配電變壓器容量Se |
kVA |
500 |
630 |
800 |
|
系數A |
— |
51603.93 |
51603.93 |
51603.93 |
|
系數 |
— |
8175.513 |
5150.876 |
3193.296 |
根據TOC總成本評價方法，500kVA的天然酯絕緣變壓器的總成本約為14.2萬元，630kVA的礦物油絕緣變壓器約為14.4萬元，800kVA的礦物油絕緣變壓器約為16.2萬元。因此，天然酯絕緣方案具有良好的經濟性，總成本最低。其他影響總成本的因素，包括采購價格差價的多少，運行中的電費和損耗，也都將影響最后的選擇。
六、天然酯絕緣油替代環氧樹脂干式變壓器的方案
環氧樹脂干式變壓器可以應用于防火性能要求較高區域，或者規避對于潛在礦物油泄露帶來環境污染的項目。天然酯變壓器、敞開式變壓器或硅橡膠變壓器都可以作為環氧樹脂干式變壓器的替代選擇技術。
而且油浸式變壓器的價格較干式變壓器低，某些對于防火要求相對較低的項目，有更多的價格成本優勢。比如，如果居民小區建在風景區或靠近湖泊，考慮環保因素，可以考慮天然酯絕緣油變壓器替代環氧樹脂干式絕緣配電變壓器方案。結合上面的舉例，假設年最大高峰負載主要來源為夏季空調負荷，高峰負載約400kVA，年平均負荷率為15%，在夏季高峰負載年增長率按1%考慮，可以分別選擇500kVA、630kVA、800kVA的天然酯變壓器和環氧樹脂干式變壓器。4個方面的考慮設計要素如下：
第1是設備基本性能參數，如表5-5；
表 5-5 四種容量配電變壓器的基本參數和價格
|
參數 |
單位 |
類型A- 天然酯 |
類型B- 天然酯 |
類型B-干式 |
類型C-干式 |
類型D-干式 |
|
配電變壓器額定容量Se |
kVA |
500 |
630 |
500 |
630 |
800 |
|
額定空載損耗P0 |
kW |
.48 |
.57 |
1.04 |
1.2 |
1.36 |
|
額定負載損耗Pk |
kW |
5.15 |
6.2 |
4.98 |
5.59 |
6.62 |
|
額定空載電流I0 |
% |
.5 |
.4 |
.8 |
.8 |
.6 |
|
額定短路阻抗Uk |
% |
4 |
4.5 |
4 |
4 |
6 |
|
購置費用CI |
元 |
60000 |
75000 |
60000 |
75000 |
96000 |
|
注：表中購置費用僅供參考，在實際工程中以廠方報價為準。 |
||||||
第2是經濟參數，如表5-6；
表 5-6 四種容量配電變壓器的經濟參數
|
參數 |
單位 |
類型A- 天然酯 |
類型B- 天然酯 |
類型B-干式 |
類型C-干式 |
類型D-干式 |
|
配電變壓器容量Se |
kVA |
500 |
630 |
500 |
630 |
800 |
|
經濟使用期n |
年 |
20 |
||||
|
貼現率i |
% |
8.0 |
||||
|
售電單價Ees |
元/kWh |
0.6 |
||||
第3是基于TOC計算的運行參數，如表5-7；
表5-7 四種容量配電變壓器的運行參數
|
參數 |
單位 |
類型A- 天然酯 |
類型B- 天然酯 |
類型B-干式 |
類型C-干式 |
類型D-干式 |
|
配電變壓器容量Se |
kVA |
500 |
630 |
500 |
630 |
800 |
|
初始年高峰負載率β0 |
% |
80 |
63.5 |
80 |
63.5 |
50 |
|
高峰負載年增長率g |
% |
1.0 |
||||
|
年帶電小時數Hpy |
h |
8 760 |
||||
|
年最大負載利用小時數Tmax |
h |
2 500 |
||||
|
年最大負載損耗小時τ |
h |
1 874 |
||||
|
其他費用 |
元 |
0 |
||||
|
無功經濟當量KQ |
kW/kVAR |
0.05 |
||||
第4是基于TOC計算的空負載損耗等效系數，如表5-8；
表5-8 三種容量配電變壓器的系數A和系數B的計算
|
參數 |
單位 |
類型A- |
類型B- |
類型B-干式 |
類型C-干式 |
類型D-干式 |
|
配電變壓器容量Se |
kVA |
500 |
630 |
500 |
630 |
800 |
|
系數A |
— |
51603.93 |
51603.93 |
51603.93 |
51603.93 |
51603.93 |
|
系數 |
— |
8175.513 |
5150.876 |
8175.513 |
5150.876 |
3193.296 |
根據TOC的總成本評價方法，500kVA的天然酯絕緣油變壓器的總成本約為14.2萬元，630kVA的天然酯絕緣油變壓器的總成本約為15萬元，500kVA的環氧樹脂干式變壓器約為17.2萬元，630kVA的環氧樹脂干式變壓器約為18.5萬元，800kVA的環氧樹脂干式變壓器約為20.7萬元。因此，天然酯絕緣方案最為經濟，總成本最低。但影響總成本的，不僅包括采購價格差價的多少，本例中還需考慮防火費用等因素，如果差異較大，也都將影響最后的選擇結果。
七、綠色變壓器降低其他費用的技術特點
在價格、運行費用等容易量化評價的總成本外，綠色變壓器還有很多隱性成本費用上的優勢，可以降低社會負擔和運營中的潛在損失。比如，降低噪音帶來的服務滿意度，在應對過載中所提升的設備可靠性，如果發生泄露減少的環境污染損失和優異的環保特性等。這些雖然難于用TOC的總成本評價計算方法，但是這些潛在風險依然是是項目設計中考慮的一個方向。
1、減少噪音，降低對于環境的干擾
產品噪音指標的高低，來自于鐵心工藝和絕緣方式：立體卷鐵心硅鋼變壓器低噪音成本小；油浸式比干式噪音小。舉例（1000kVA干式和油浸式配變的聲功率級dB），如下表：
表5-9聲功率級
|
干 式 |
油 浸 |
|||
|
平面硅鋼 |
平面非晶 |
立體硅鋼 |
立體非晶 |
平面硅鋼 |
|
68 |
72 |
65 |
69 |
60 |
2、降低回收再利用中的處置費用
在對于礦物油貯存、收集、轉移和處置利用中，要求有效控制和減少廢油的污染，消除非法轉移、處置廢油帶來的安全隱患，因此會帶來相關的額外支出；對于回收變壓器中環氧樹脂的處置，目前國外在公路建設中作為填埋料的方式處置外，還沒有其他的再利用方式；對于澆注中導體的分離，處置繁瑣。
3、碳排放的差異
每臺變壓器產品生產過程消耗的原材料的碳排放因子不同，帶來碳排放量多或少的差異，可以在未來碳減排收益中予以考慮。以下數據基于CQC低碳評價項目（2015）。
表5-10 材料碳排放因子
|
|
材料形式 |
典型值 單位：kgCO2e/kg |
|
鐵心 |
硅鋼片 |
3.8 |
|
非晶合金 |
3.07 |
|
|
繞組 |
漆包銅線 |
0.79 |
|
紙包銅線 |
0.71 |
|
|
漆包銅箔及紙包銅箔 |
0.976 |
|
|
銅排 |
0.98 |
|
|
裸鋁線 |
9.49 |
|
|
裸鋁箔 |
10.5 |
|
|
絕緣 |
礦物油 |
1.74 |
|
環氧樹脂 |
8.25 |
|
|
油箱 |
冷軋鋼板 |
2.2 |
|
熱軋鋼板 |
2.02 |
此外，天然酯（植物絕緣油）和敞開式干式變壓器中用的芳綸紙，其碳排放因子可參考企業數據。如，礦物油的整個使用周期中碳排放量是天然酯絕緣油的64倍；敞開式干式變壓器中的絕緣紙（芳綸紙），是同等規格重量的環氧樹脂的1/6。
小結
全壽命周期評價是綠色變壓器推廣可以利用的工具，綠色變壓器具備更多的實用價值，其總成本也將更低。
（來源：機經網）
