基于全生命周期评价的变压器碳足迹模型研究_毕子健.pdf

108环境技术/Environmental Technology技术专栏echnicalColumnT摘要：以国网冀北电力有限公司的供应商所提供的变压器数据为基础，构建了一个基于全生命周期的产品碳足迹评价流程和评估模型。模型有效地计算了不同容量下 10 kV 油浸式与干式变压器从“摇篮”到“大门”的碳排放，得到不同类型变压器碳足迹组成及变压器容量不同时各零部件生产过程碳排放的变化，明确碳减排重点关注单元。形成供应商碳足迹核算报告标准范本，为形成典型电网物资产品碳足迹的权威数据库奠定基础，确定减少变压器碳排放的关键措施，有助于实现产品的低碳化。通过基于全生命周期的产品碳足迹评价，推动国网冀北电力有限公司相关产品全供应链参与，内在驱动整个供应链协同创新和持续改进，改变全过程的资源环境效率。关键词：碳足迹模型；变压器；全生命周期；产品低碳化中图分类号：TM4 文献标识码：A 文章编号：1004-7204(2023)02-0108-06基于全生命周期评价的变压器碳足迹模型研究Research on Carbon Footprint Model of Transformer Based on Life Cycle Assessment毕子健1，刘泽其1，许远超2，刘燕泽华2，李笑怡1（1.国网冀北电力有限公司，北京 100054；2.中国电子工程设计院有限公司，北京 10054）BI Zi-jian1,LIU Ze-qi1,XU Yuan-chao2,LIU Yan-ze-hua2,LI Xiao-yi1(1.State Grid Jibei Electric Power Co.,Ltd.,Beijing 100054;2.China Electronics Engineering Design Institute CO.,LTD,Beijing 100054)A b s t r a c t：Based on the transformer data provided by the supplier of State Grid Jibei Electric Power Co.,Ltd.,a product carbon footprint evaluation process and evaluation model based on life cycle assessment is constructed.The model effectively calculates the carbon emissions of 10 kV oil-immersed and dry-type transformers from cradle to gate under different capacities,obtains the carbon footprint composition of different types of transformers and the changes of carbon emissions of various parts in the production process with different transformer capacities,and defines the key units for carbon emission reduction.The model also forms the standard case of suppliers carbon footprint accounting report,lays the foundation for the authoritative database of typical power grid material products,determines the key measures to reduce carbon emissions of transformers,and helps to realize low carbonization of products.Through the evaluation of product carbon footprint based on life cycle assessment,the whole supply chain of related products of State Grid Hebei Electric Power Co.,Ltd.participated,which internally drives the collaborative innovation and continuous improvement of the whole supply chain,and changes the resources and environment efficiency of the whole process.K e y w o r d s：carbon footprint model;transformer;full life cycle;low-carbon products引言在全球气候变暖的背景下，以低能耗、低污染为基础的低碳经济已成为热门话题。在当今经济生活中，工业产品占有重要地位，整个生命周期产生大量碳排放，基金项目：面向电网高质量发展的绿色低碳供应链研究，项目编号：52010122001V。1092023 年 2 月/February 2023echnicalColumnT技术专栏是碳排放的主要来源之一 1。产品碳足迹（C a r b o n F o o t p r i n t，C F P）是通过量化产品从原材料获取、制造、装配、运输、使用和回收等全生命周期或选定过程中的所有重要温室气体排放量和清除量，计算产品对全球变暖的贡献，以二氧化碳当量表示 2。生命周期评价方法（I S O 1 4 0 4 0、I S O 1 4 0 4 4，已对应转化为 G B/T 2 4 0 4 0、G B/T 2 4 0 4 4）以及基于上述标准的 I S O 1 4 0 6 7 是开展 C F P核算的基本方法。目前，国内外学者从制造、材料等各方面积极探索降低产品碳足迹的生产过程和途径，基于生命周期完全碳足迹的分析模型系统地计算从生产到废弃的整个生命周期的碳足迹 3-5。C F P研究大主要包括以下 2 种生命周期评价方法 6：从“摇篮”到“坟墓”的全生命周期评估，包括从资源开采到使用阶段和处置阶段；从“摇篮”到“大门”是对从资源开采到工厂大门(即在运输到消费者之前)的部分生命周期的评估。变压器是电力系统的重要组成，也是国网冀北电力有限公司重点电力物资之一，但目前国内学者对变压器的碳足迹核算研究还不够全面 7。本研究中，以产品生命周期评价方法为基础，采用了从摇篮到门的方法，建立了产品碳足迹分析模型和碳足迹计算流程，收集国网冀北电力有限公司变压器供应商数据，并利用S i m a p r o 软件计算产品的碳足迹。为国网冀北电力有限公司所涉及的 1 0 k V变压器提供环境数据，并进行不确定性分析，优化数据采集方案，真实反映产品碳足迹，推动国网冀北电力有限公司相关产品全供应链参与，内在驱动整个供应链协同创新和持续改进，改变全过程的资源环境效率。1碳足迹评价流程电网物资碳足迹核算包括五个关键步骤：典型电网物资选取、核算模型搭建、数据获取筛选、数值计算以及计算结果应用，具体实施路径如图 1 所示。1.1目标和范围确定1）目标类型从采购方的优选产品类型选取，并可根据能效等级、干式/油浸、容量指标、防污等级、铁芯类型、温度范围、海拔范围等多个指标开展分类，上述指标均可不同程度影响变压器的材料构成与生产耗能及最终碳足迹。根据国网冀北电力有限公司近3 年采购实际，结合调研过程中所有厂家均以物料编码为提供数据的分类依据，最终确定 7 种高效能变压器为目标类型，如表 1 所示。2）系统边界分析与确定高效能变压器的全生命周期包括资源开采、零部件生产、变压器组装、变压器使用、回收处理等阶段 8。其回收处理阶段难以纳入供应商碳足迹的管控能力与范围，且由于变压器使用阶段能耗与序号物料编码物料描述150000739610 kV 变压器,400 kVA,普通,硅钢片,油浸250000740210 kV 变压器,200 kVA,普通,硅钢片,油浸350000741910 kV 变压器,100 kVA,普通,硅钢片,油浸450000739810 kV 变压器,1 000 kVA,普通,硅钢片,干式550000742110 kV 变压器,1 250 kVA,普通,硅钢片,干式650000741410 kV 变压器,800 kVA,普通,硅钢片,干式750000744710 kV 变压器,800 kVA,普通,硅钢片,油浸图 1 电网物资碳足迹核算实施路径图表 1 7 种高效能变压器信息110环境技术/Environmental Technology技术专栏echnicalColumnT碳排放均远高于生产阶段，难以准确获得变压器使用阶段的负载等关键数据，因此本研究变压器的系统边界为从“摇篮”到“大门”。3）数据收集筛选碳足迹核算数据的质量在很大程度上取决于输入数据的质量。根据 I S O 1 4 0 6 7 标准，最好使用来自公司自身流程的数据（即主要数据）6。对不同生产规模（大型、中型和小型）的供应商开展调研，通过现场调研和碳足迹的试计算，缩略至供应商较易操作的数据填写模板，如图 2 所示。按照基础数据所导致的碳足迹变化幅度与显著程度进行数据采集目标的缩略。按照不同原辅材料、不同能源类型在产品碳足迹中的占比，结合不同供应商提供其产品数据的差异性，确定缩略数据类型，本研究中，由于供应商提供数据较为全面，数据缩略较少。本研究在确认供应商数据的来源清楚、计算方式准确前提下，均以供应商调研数据为首要采信数据，其他无法完全从调研中获得的核算数据，则依靠较高质量数据库进行链接应用。使用 s i m a p r o 软件，以本土化生命周期清单数据库为基础，以 E c o I n v e n t 国际数据库、G a b i 自带数据库为补充。1.2碳足迹核算模型搭建1）碳排放计算碳足迹核算模型基于生命周期评价方法建立，其核算模型内核如式（1）所示：（1）式中：j 产品及其组件生产的单元过程；k 产品及其组件生产单元过程所消耗的资源和能源类型；cj k产品及其组件生产的 j 单元过程消耗的 k 类资源或能源的碳足迹；fj k产品及其组件生产的 j 单元过程消耗的 k 类资源或能源的消耗量；C F 产品碳足迹。2）产品生命周期模型图本研究中变压器的碳足迹核算模型主要包括原材料开采、变压器组件材料/元器件生产、变压器组件生产，变压器组装与使用四个部分，各个部分所涉及的 C O2排放核算如图 3 所示，产品的碳足迹是生命周期各阶段的碳排放总和。变压器碳足迹核算模型共包括 1 6 6 6 个单元过程的资源能源消耗和碳排放，物料的碳足迹由各个单元过程的碳排放累加得出，相互连接的单元过程之间碳排放数量关系由资源和能源消耗数量所表示。3碳足迹计算结果分析3.1不同类型变压器碳足迹根据供应商反馈数据及上述器碳足迹核算模型核算图 2 优化后供应商提供变压器数据表1112023 年 2 月/February 2023echnicalColumnT技术专栏出 4 类油浸式变压器的碳足迹结果见表 2。根据浙江江山变压器有限公司提供的干式变压器数据，核算后碳足迹结果如图 4 所示。供应商能效等级容量碳足迹（kgCO2e）许继一级100 kVA3 474.99200 kVA5 810.40400 kVA8 862.29800 kVA13 336.00二级100 kVA3 046.10200 kVA4 816.71400 kVA7 812.72800 kVA11 631.67科锐一级200 kVA4 627.40二级100 kVA2