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欧宝体育app在线:绿色变压器为“双碳”战略贡献了工业和电力传输领域一个有价值的
作者:欧宝体育登录 来源:欧宝体育最新版本 时间:2022-08-18 04:02:10

  我国提出的碳达峰、碳中和目标不仅是能源、气候、环境问题,还是一个影响广泛、复杂的经济和社会问题。 “双碳”目标将带来工业体系、能源体系巨大变革,而变压器作为一种特殊的电力传输电气设备,在工业能效提升和电力、能源领域具有特殊地位,它的绿色化进程有助于推进我国“双碳”战略顶层设计在多个领域落地。

  本文客观地解读了绿色变压器与国家“双碳”战略的相关性;阐述绿色变压器对于提升能源效率的重要意义;分析了新时期我国新能源发电对绿色变压器的市场需求;介绍了我国自主开发的几种典型绿色变压器的先进性能和技术特点,旨在促进业内外人士在“双碳”目标指引下,尽快进行系统谋划,积极推动有地放矢的落地方案,从而为“双碳”工作做出实质性贡献。

  根据比尔•盖兹《气候经验与人类未来》一书中的数据,全世界每年碳排放总量是510亿吨。根据刘振亚《实现碳达峰碳中和的根本途径》一文预测,到2028年我国将达到碳达峰的峰值,全国碳排总量为109亿吨/年。而其中我国化石能源产生的碳排放约为每年98亿吨,占全社会碳排放总量的近90%。

  这就是说到2028年我国碳排放约占全世界的五分之一,我国化石能源产生的碳排放占全社会碳排放总量的近90%。

  为了实现2060年我国零碳排放的重大战略决策和对全世界的庄严承诺,中央和国务院2021年9月22日印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,这是我国低碳工作的纲领性文件。《意见》提出为实现零碳排放的总目标和四个子目标,即:

  第一,所有的经济工作将向绿色低碳循环发展全面转型,建立新的经济体系;第二,能源体系向清洁低碳安全高效转型,包括建立以再生能源为主体的新型电力体系;第三,能源利用率全面提升,包括工业、居民、城市、全社会必须向高效能源利用体系转型;第四,依赖石化能源的生产和生活方式必须转型向清洁能源、非石化能源生产和消费。

  通过这四个子目标可以看到低碳工作已经成为我国经济、能源、工业、城市、居民生活及全社会生产和生活方式的全面指导方针,而绿色变压器则是其中不可或缺的电力设备

  绿色变压器是指变压器及其组部件在全寿命周期符合节能节材、低碳环保和可再利用要求,包括:综合能源消费低(节能低碳)、资源利用率高(节材)、对生态环境无害(环保)、材料可最大限度被再利用(可再生)、回收处理过程中减少废弃物(可回收)、降低有害物质排放(环保)。同时,绿色变压器也必须具备安全可靠、低噪音、低维护成本,以及方便监测的特性。目前我国已经开始应用的绿色变压器的代表性产品包括植物绝缘油变压器、立体卷铁心变压器、硅橡胶变压器、非晶合金立体卷铁心敞开式干式变压器等。

  在提高非化石能源消费比例方面,目前我国最重要的两大举措是发展新能源发电以替代煤电,发展电动汽车以替代汽油消费。

  绿色变压器是这两大举措的支撑性电气设备之一。已经开发出来的为新能源汽车充电系统用的绿色变压器,以其高效、安全、节能、环保而完美匹配在城市中心建立的新能源汽车充电系统。

  而新能源发电包括风电、光伏发电、生物质能、海洋能、地热能、核能等均对绿色变压器提出新的需求。

  另外绿色变压器中的植物油将对矿物质油进行替代,硅橡胶替代环氧树脂;这两种替代都是从石化消费转换为非石化消费,将消除矿物油、环氧树脂对环境的损害。

  我国在网运行的变压器约1700万台,总容量约110亿千伏安。变压器损耗约占输配电电力损耗的40%,提升变压器用能效率对于我国能源效率提升具有重要意义。

  我国目前已经开发出来并开始应用的硅橡胶干式变压器空载损耗比一级能效可再降低15%、负载损耗再降低10%;而生产用电是制造传统变压器的10%。

  非晶合金立体卷铁心敞开式干式变压器大幅度降低变压器空载损耗,三相油浸式非晶合金立体卷铁心配电变压器与S13型硅钢配电变压器相比,空载损耗降低50%,同时立体卷铁心变压器在达到1级能效基础上大量节材、节约使用面积。

  另外,在能效提升方面,中央和国务院《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中还指出要制定能源、钢铁、有色金属、石化化工、建材、交通、建筑等行业和领域碳达峰实施方案。这些领域都是变压器重度使用领域,绿色变压器将有助这些行业的能效提升和碳减排。

  清洁低碳安全高效的能源体系包括:新能源和再生能源发电和使用,也包括建立以新能源为主体的新型电网系统。在这两方面绿色变压器都是不可或缺的重要设备。

  新能源发电的条件具有特殊性,对安全和能效有更高要求、对防燃防爆有更高需求、对环保更加注重,这些新需求为绿色变压器提供了新的发展机遇。目前绿色变压器已经被成功应用在光伏发电、风力发电、海上风力发电、电动汽车充电等新能源项目并取得良好应用效果。

  在建立以新能源为主体的新型电力系统方面,电网公司高度重视,已经将植物油变压器、立体卷铁心变压器、非晶合金立体卷铁心变压器等列入新技术目录并已经在许多省网应用。

  绿色变压器在资源属性、能效属性、环保属性、产品属性方面与传统变压器相比拥有巨大性能优势,是一种完全符合绿色低碳循环发展转型要求的典型产品。

  植物绝缘油(变压器)全生命周期中碳排放量仅是矿物油的1/64 (注:美国国家标准和技术机构(NIST)数据计算按照:1台变压器包含1890升油/使用30年)。植物绝缘油降解率超过98%,不会对环境、人体产生危害。发生火灾和爆炸的风险远远低于矿物油变压器,其燃点、闪电低于矿物油2倍。发改委《国家重点节能低碳技术推广目录》数据显示,预计未来5年,每年变压器使用的绝缘油总量将达到60万吨,按植物绝缘油推广比例50%计算,可形成年碳减排95万tCO。

  硅橡胶干式变压器是我国变压器绿色技术的重大突破和自主创新,材料可回收率99%,生产能耗仅为常规变压器的10%,可燃物质小于

  立体卷铁心变压器与传统变压器相比噪声可以降低8dB。由于结构优势,立体卷铁心通常比传统叠片铁心节省硅钢材料20%以上。立体卷铁心敞开式干式变压器的重量仅为常规叠铁心变压器76%(硅钢减少了23%,铜减少了10%,绝缘材料使用量大幅降低)。立体卷铁心敞开式干式变压器减少了30%的占地面积。

  根据T/CEEIA287-2017 《相油浸式非晶合金立体卷铁心配电变压器技术参数和要求》数据:三相油浸式非晶合金立体卷铁心配电变压器与S13型硅钢配电变压器比,空载损耗降低50%左右。

  目前不同种类的立体卷铁心干式变压器已经被成功运行在超高层建筑、新能源汽车充电站、船用变电、风电、太阳能发电等领域。另外立体卷铁心敞开式干变和植物油变压器正不断向大容量、高电压等级研发,将对节能环保做出更多贡献。

  《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中既规划了低碳工作总体目标,也规划了低碳工作的多种落实途径,而绿色变压器将在此方面发挥积极作用:

  2.推动互联网、大数据、人工智能、第五代移动通信(5G)等新兴技术与绿色低碳产业深度融合。

  绿色变压器是数据中心和移动通讯建设和运行中重要电气设备,其能效水平、环保、安全可靠性等属性可以为新技术产业提供有力支撑。

  3.加快发展新能源和清洁能源车船,推广智能交通,推进铁路电气化改造,推动加氢站建设,促进船舶靠港使用岸电常态化。

  4. 持续提高新建建筑节能标准,加快推进超低能耗、近零能耗、低碳建筑规模化发展。

  5.开展建筑屋顶光伏行动,大幅提高建筑采暖、生活热水、炊事等电气化普及率。

  6.加快城市轨道交通、公交专用道、快速公交系统等大容量公共交通基础设施建设。

  实现双碳目标是个长期、艰巨的任务,在工业领域实现低碳化,涉及到方方面面的改进和技术进步,难度很大。

  在低碳工作需要落地的时候,绿色变压器恰恰进入了它的成熟期,从而有望作为工业低碳工作中的一个样本性产品。绿色变压器进入成熟期,表现在以下几个方面:

  2021年国家发改委、科技部、工信部、自然资源部印发《绿色技术推广目录(2020年)》,硅橡胶变压器位列第55项成为国家正式推荐的绿色技术。

  国家发改委发布的《国家重点节能低碳技术推广目录》、《战略性新兴产业重点品和服务指导书》中,植物绝缘油变压器作为重点推广低碳技术和产品。

  科技部在多个示范项目中将立体卷铁心变压器作为绿色、环保、节能产品予以鼓励。

  工信部等三部门《变压器能效提升计划(2021-2023年)》中指明立体卷铁心工艺技术、植物绝缘油、硅橡胶绝缘材料、非晶合金等都是受到鼓励的高效节能和绿色技术、材料和产品。

  另外,国家电网公司、南方电网公司已经将植物绝缘油变压器、立体卷铁心变压器、非晶合金立体卷铁心干式变压器等列入新技术推广目录并已经在多个省市示范应用。

  已经发布的国家标准GB/T 28180 2011《变压器环境设计意识导则》明确指出变压器中使用矿物油或树脂材料,将产生有害废弃物,应在设计阶段就考虑在变压器全生命周期中减少对环境的影响。

  2020年中国电力企业联合会发布JB/T13749-2020《天然酯绝缘油电力变压器》系列团体标准,为天然酯绝缘油变压器(植物油变压器)在我国的发展和推广提供了有力的技术支撑。

  在立体卷铁心变压器方面,已经发布的标准有GB/T 25438-2010 《三相油浸式立体卷铁心配电变压器技术参数和要求》,GB/T 32825-2016《三相干式立体卷铁心配电变压器技术参数和要求》,DL/T 267-2012《油浸式全密封卷铁心配电变压器订货技术条件》,T/CEEIA287-2017 《相油浸式非晶合金立体卷铁心配电变压器技术参数和要求》。

  硅橡胶变压器相关标准尚在制定过程中,已有的相关标准有:DLT 376-2010 《复合绝缘子用硅橡胶绝缘材料通用技术条件》,Q /321182 586685042 003-2020《硅橡胶绝缘干式电力变压器技术参数和要求》。

  绿色变压器所用的高品牌硅钢、非晶合金、植物绝缘油、高品质硅橡胶在我国都有供应商,具有自主知识产权,从而可以实现绿色供应链安全可靠。

  在制造方面,立体卷铁心变压器制造技术、专用制造设备都是我国企业自主知识产权,硅橡胶变压器产品及其制造完全是我国企业自主创新。非晶合金立体卷铁心干式变压器,也是我国企业自主创新产品。

  植物油变压器已经进入国家电网招标《集采配电设备技术规范书》。另外国网陕西,国网河南,国网山东都完成了小规模天然酯变压器的集中招标(每批约200台)。随着规范的修订,国网有望在更多的省份开展更多批次的集中招标。另外南方电网也完成了植物油变压器的示范工程,有望迎来大规模采购。2021年重庆地铁已经将武汉泽电的植物绝缘油成功地应用在地铁牵引变压器中。成为世界第一个植物绝缘油变压器地铁应用项目。

  立体卷铁心变压器已经被成功应用在港珠澳大桥、南方电网公司、大亚湾核电站、宝钢等工程。立体卷铁心干式变压器已经被成功运行在超高层建筑、新能源汽车充电站、船用变电、风电、太阳能发电等领域。另外立体卷铁心变压器已经销往美国、德国、日本、韩国、丹麦、马来西亚等全球40多个国家和地区。

  综上所述,绿色变压器在国家强力呼唤绿色低碳技术的当下,作为一种已经成熟的、绿色的、低碳的工业、电力、电气产品脱颖而出,必将为工业、电力和全社会低碳化做出重要贡献。

  要将109亿吨/年碳排放降低到零排放,大幅度提升非化石能源消费比重、发展新能源发电、建设新型电力体系、提升社会电气化水平、工业能效提升是重中之重,而绿色变压器无疑是这些重点领域的关键电气设备。

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