谈绿色变压器的经济性比较优势

　　一、什么是绿色变压器

　　绿色变压器定义

　　绿色变压器是指包括在原材料获取、生产制造、包装运输、运行维护等全生命周期各阶段中，满足高效节能、科学节材、低碳环保、安全可靠、可回收率高等基本要求的一类变压器，产品符合高效节能变压器（GB20052）的能效等级要求，在变压器全生命周期阶段能够对环境的负面影响降低到最小程度，符合国家低碳、循环经济的总体要求。

　　对定义的延伸解释

　　绿色变压器要求在设计阶段就需要按照《生态设计产品评价技术规范 变压器》（GB/T40092-2021）的评价指标，即资源、能源、环境、产品四大属性对产品进行生态的设计和技术创新。

　　 绿色变压器要求在制造过程中，应尽量减少材料的使用种类、用量及提高使用材料的利用率，尽量使用可再生利用的材料；产品达到二级能效以上的要求；在满足性能、环保、安全、能效要求的基础上，合理延长变压器的使用寿命；并采用降低产品噪声的技术方案等。

　　绿色变压器在运行过程中，应考虑变压器的经济运行、降低运行损耗，提升变压器系统运行效率，并加强对变压器电力负荷大数据的分析应有。

　　绿色变压器在回收利用方面，要对金属和主要绝缘材料进行回收和再利用，避免有害物质产生及合理处理固体废弃物。

　　总之，绿色变压器符合国家绿色、低碳、循环发展战略、符合社会发展趋势，代表新一代技术和生产方式，引导变压器产业升级换代。

　　二、绿色变压器的经济性

　　绿色变压器的绿色技术性能优势，需要考虑是否能带来全寿命周期的经济性，即总成本是否更优。

　　在评价产品总成本中，国内外通常采用全寿命周期的评价方法，这种方法也可以应用于绿色变压器。因为绿色变压器中对于综合资源节约、原材料节约、运行能耗减少、维护性高，都可以体现在全寿命周期管理思路中，并降低从产品原材料成本至运维中的成本。此外，还有一些隐性和潜在的风险支出，如运行中的噪音导致的投诉，矿物油浸式变压器潜在的漏油风险带来环境污染的惩罚性支出，或矿物油废油回收中作为危废产品额外的储运安全支出，环氧树脂干式变压器在回收中的处置等。

　　三、全寿命周期评价方法

　　评价变压器的经济性，常用life cycle cost （LCC）或Total owing cost （TOC）作为技术经济的评价工具。国内一般使用TOC的方法。

　　总拥有费用法（TOC法）提出，购买变压器的综合成本费用不仅应该考虑变压器的初始购买费用，还应考虑货币的时间价值，重点把使用期限内的损耗费用折算成等价现值综合考虑变压器的经济效益。我国电力行业于2002年引用了TOC法的基本思路和原则，并根据中国用户在选购变压器时所受影响因素的实际情况，对TOC法的公式和参数做出调整，分别于2005年制定、2012年和2021年修订了“配电变压器能效技术经济评价导则”（DL/T985），指导配电变压器用户从经济角度更加直观地了解、评判变压器的节能效益。该方法综合考虑了变压器价格、损耗、负荷特点、电价等技术经济指标对变压器经济性的影响。TOC的计算公式一般可以表述为：TOC=CI+AP0+BPk；其中，CI 是设备初始费用，A是变压器空载损耗等效初始费用系数，B是变压器负载损耗等效初始费用系数，P0是变压器额定空载损耗，Pk是变压器额定负载损耗。

　　四、绿色变压器各类成本及其相应的经济性

　　绿色变压器的材料不仅具备了环境友好的特点，在降低总成本上也有相应的技术特点和优势。比如，三角立体卷铁心变压器，通过铁心工艺减少铁心材料和绕组材料的消耗而降低材料成本；硅橡胶绝缘变压器，通过硅橡胶与空气结合的绝缘结构减小空气距离，以控制体积和材料用量；天然酯（植物绝缘油）变压器可以提高耐热等级应用而小型化等。

　　绿色变压器中的天然酯（植物绝缘油）变压器、敞开式干式变压器等，在不降低寿命前提下的提高负载能力，选择降容量方案可以减少运行电费支出；在水面光伏项目、部分公建项目等，因要求满足无泄漏污染或防火规定而采用环氧树脂干式变压器的方案中，采用天然酯绝缘油变压器替代环氧树脂干式变压器方案，不仅可以降低投资价格和运行电费，也易于对设备检测和风险的预测。

　　绿色变压器的这些特点，在采购成本、运行电费成本、防火成本等方面，都有量化的评价方案。电力行业的TOC标准，根据“配电变压器能效技术经济评价导则”DL/T985，可以开展总成本的计算，以选择合适的绿色变压器。以下是从TOC角度给出两个比较方案：

　　五、电力负载率波动较大场合的绿色变压器总成本评价

　　在城市或农村，居民生活用电经常受季节和早晚峰值波动的影响，变压器的容量一般选择较大。而大部分时间的变压器负载率较低，容量浪费较大。比如，某小区当年最大高峰负载主要来源为夏季空调负荷，高峰负载约400kVA，年平均负荷率为15%，在夏季高峰负载年增长率按1%考虑，可以选择高耐温等级的500kVA天然酯绝缘油变压器，或者按照常规方案选择容量裕度更大的630kVA、800kVA的矿物油绝缘变压器。两个不同绝缘方案的总成本评价中，共有4个方面的考虑设计要素（以13系列 10kV配电变压器为例）：

　　第1是设备基本性能参数，如表5-1；

表5-1  三种容量配电变压器的基本参数和价格

　　第2是经济参数，如表5-2；

表5-2 三种容量配电变压器的经济参数

　　第3是基于TOC计算的运行参数，如表5-3；

表5-3 三种容量配电变压器的运行参数

　　第4是基于TOC计算的空负载损耗等效系数，如表5-4;

表5-4 三种容量配电变压器的系数A和系数B的计算

　　根据TOC总成本评价方法，500kVA的天然酯绝缘变压器的总成本约为14.2万元，630kVA的矿物油绝缘变压器约为14.4万元，800kVA的矿物油绝缘变压器约为16.2万元。因此，天然酯绝缘方案具有良好的经济性，总成本最低。其他影响总成本的因素，包括采购价格差价的多少，运行中的电费和损耗，也都将影响最后的选择。

　　六、天然酯绝缘油替代环氧树脂干式变压器的方案

　　环氧树脂干式变压器可以应用于防火性能要求较高区域，或者规避对于潜在矿物油泄露带来环境污染的项目。天然酯变压器、敞开式变压器或硅橡胶变压器都可以作为环氧树脂干式变压器的替代选择技术。

　　而且油浸式变压器的价格较干式变压器低，某些对于防火要求相对较低的项目，有更多的价格成本优势。比如，如果居民小区建在风景区或靠近湖泊，考虑环保因素，可以考虑天然酯绝缘油变压器替代环氧树脂干式绝缘配电变压器方案。结合上面的举例，假设年最大高峰负载主要来源为夏季空调负荷，高峰负载约400kVA，年平均负荷率为15%，在夏季高峰负载年增长率按1%考虑，可以分别选择500kVA、630kVA、800kVA的天然酯变压器和环氧树脂干式变压器。4个方面的考虑设计要素如下：

　　第1是设备基本性能参数，如表5-5；

表  5-5  四种容量配电变压器的基本参数和价格

　　第2是经济参数，如表5-6；

表 5-6 四种容量配电变压器的经济参数

　　第3是基于TOC计算的运行参数，如表5-7；

表5-7 四种容量配电变压器的运行参数

　　第4是基于TOC计算的空负载损耗等效系数，如表5-8；

表5-8 三种容量配电变压器的系数A和系数B的计算

　　根据TOC的总成本评价方法，500kVA的天然酯绝缘油变压器的总成本约为14.2万元，630kVA的天然酯绝缘油变压器的总成本约为15万元，500kVA的环氧树脂干式变压器约为17.2万元，630kVA的环氧树脂干式变压器约为18.5万元，800kVA的环氧树脂干式变压器约为20.7万元。因此，天然酯绝缘方案最为经济，总成本最低。但影响总成本的，不仅包括采购价格差价的多少，本例中还需考虑防火费用等因素，如果差异较大，也都将影响最后的选择结果。

　　七、绿色变压器降低其他费用的技术特点

　　在价格、运行费用等容易量化评价的总成本外，绿色变压器还有很多隐性成本费用上的优势，可以降低社会负担和运营中的潜在损失。比如，降低噪音带来的服务满意度，在应对过载中所提升的设备可靠性，如果发生泄露减少的环境污染损失和优异的环保特性等。这些虽然难于用TOC的总成本评价计算方法，但是这些潜在风险依然是是项目设计中考虑的一个方向。

　　1、减少噪音，降低对于环境的干扰

　　产品噪音指标的高低，来自于铁心工艺和绝缘方式：立体卷铁心硅钢变压器低噪音成本小；油浸式比干式噪音小。举例（1000kVA干式和油浸式配变的声功率级dB），如下表：

表5-9声功率级

　　2、降低回收再利用中的处置费用

　　在对于矿物油贮存、收集、转移和处置利用中，要求有效控制和减少废油的污染，消除非法转移、处置废油带来的安全隐患，因此会带来相关的额外支出；对于回收变压器中环氧树脂的处置，目前国外在公路建设中作为填埋料的方式处置外，还没有其他的再利用方式；对于浇注中导体的分离，处置繁琐。

　　3、碳排放的差异

　　每台变压器产品生产过程消耗的原材料的碳排放因子不同，带来碳排放量多或少的差异，可以在未来碳减排收益中予以考虑。以下数据基于CQC低碳评价项目（2015）。

表5-10 材料碳排放因子

　　此外，天然酯（植物绝缘油）和敞开式干式变压器中用的芳纶纸，其碳排放因子可参考企业数据。如，矿物油的整个使用周期中碳排放量是天然酯绝缘油的64倍；敞开式干式变压器中的绝缘纸（芳纶纸），是同等规格重量的环氧树脂的1/6。

　　小结

　　全寿命周期评价是绿色变压器推广可以利用的工具，绿色变压器具备更多的实用价值，其总成本也将更低。

　　作者：张凌宇  国际铜业协会变压器项目经理