從全生命周期角度探尋銅電纜和鋁合金電纜的環(huán)境影響

電纜行業(yè)的“銅鋁之爭”持續(xù)了很多年，尤其在銅價(jià)居高不下，電纜生產(chǎn)企業(yè)利潤率急劇下滑的情況下，“以鋁節(jié)銅”甚至是“以鋁代銅”的呼聲尤為高漲。但是對(duì)于“以鋁節(jié)銅”是否行得通卻是各有說法。在當(dāng)前經(jīng)營環(huán)境日趨復(fù)雜和環(huán)境壓力不斷增加的背景下，電力電纜的全生命周期過程中的環(huán)境影響到底有多大成為各方關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。

作者：陳亮 單位：中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院

生命周期評(píng)價(jià)(LCA)是一種評(píng)價(jià)產(chǎn)品、工藝或活動(dòng)，從原材料采集，到產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售、使用、回用、維護(hù)和終處置整個(gè)生命周期階段有關(guān)的環(huán)境負(fù)荷的過程。它首先辨識(shí)和量化整個(gè)生命周期階段中能量和物質(zhì)的消耗以及環(huán)境釋放，然后評(píng)價(jià)這些消耗和釋放對(duì)環(huán)境的影響，后辨識(shí)和評(píng)價(jià)減少這些影響的機(jī)會(huì)。LCA區(qū)別于其它傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)。首先，它具有全程性的特點(diǎn)，亦即對(duì)所研究系統(tǒng)在整個(gè)生命周期內(nèi)所造成的環(huán)境負(fù)荷或影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。其次，它具有綜合性的特點(diǎn)，不僅考慮廢物對(duì)環(huán)境的影響, 而且考慮因資源和能源的消耗而對(duì)環(huán)境造成的綜合影響。

如果要對(duì)銅纜和鋁合金電纜生命周期環(huán)境影響進(jìn)行對(duì)比，首先就要建立基礎(chǔ)性的對(duì)比條件，即相同的載流量、系統(tǒng)邊界、功能單位、環(huán)境影響類型、評(píng)價(jià)工具以及所采集的數(shù)據(jù)來自生產(chǎn)技術(shù)水平和規(guī)模相當(dāng)?shù)你~電纜和鋁合金電纜生產(chǎn)企業(yè)。基于此考慮，選定原材料獲取、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品使用、運(yùn)輸和廢棄處置等5個(gè)階段作為兩種電纜的系統(tǒng)邊界，并根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50217電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范選取YJHLV82-4×185(交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套鋁合金帶連鎖鎧裝鋁合金電力電纜)和YJV22 4×120(交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套銅電纜)作為對(duì)比的產(chǎn)品。功能單位為1KM電纜。環(huán)境影響類型主要包括變暖潛勢(shì)、酸化潛勢(shì)、富營養(yǎng)化潛勢(shì)和能源消耗等4種主要環(huán)境影響類型，分別采用CML2001和EI99的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

通過評(píng)價(jià)分析發(fā)現(xiàn)：(1)變暖環(huán)境影響類型。鋁合金電纜在制造、使用階段溫室氣體排放高于銅電纜，在運(yùn)輸和再生階段低于銅電纜，原材料獲取階段與銅電纜接近，略低于銅電纜。(2)酸化環(huán)境影響。鋁合金電纜在制造、使用階段排放高于銅電纜，在原材料獲取、運(yùn)輸和再生階段略低于銅電纜。(3)富營養(yǎng)化潛能環(huán)境影響。鋁合金電纜在制造、使用階段排放高于銅電纜，在原材料獲取、運(yùn)輸和再生階段略低于銅電纜。(4)能源消耗環(huán)境影響。鋁合金電纜在原材料獲取、制造和使用階段能源消耗高于銅電纜，在運(yùn)輸和再生階段略低于銅電纜。(5)總體環(huán)境影響。銅電纜優(yōu)于鋁合金電纜。

電力電纜產(chǎn)品生命周期環(huán)境影響主要貢獻(xiàn)來自于電纜的使用階段，占各項(xiàng)環(huán)境影響貢獻(xiàn)率的98%以上，使用階段計(jì)算的使用年限為30年，產(chǎn)生的電力損耗相對(duì)巨大，同時(shí)與電纜的使用情景有直接的關(guān)系，不同的使用情景和不同的使用年限將在很大程度上影響計(jì)算結(jié)果。其次來自產(chǎn)品的原材料獲取階段，占比約為1%，貢獻(xiàn)小的為產(chǎn)品的運(yùn)輸階段，占比不足萬分之一。

通過上述結(jié)果可見減少輸電過程中電力損耗是降低電力電纜生命周期環(huán)境影響的主要、有效和切實(shí)可行的重要手段。功率因數(shù)是供電系統(tǒng)一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，用電設(shè)備在消耗有功功率的同時(shí)，還需要大量的無功功率由電源送往負(fù)荷，功率因數(shù)反映的是電氣設(shè)備在消耗一定有功功率的同時(shí)所需的無功功率，用戶功率因數(shù)的高低，對(duì)于電力系統(tǒng)的發(fā)、供、用電設(shè)備的充分利用，有顯著的影響。適當(dāng)提高功率因數(shù)，不但可以充分發(fā)揮發(fā)、供、用電設(shè)備的生產(chǎn)能力，減少線路損失，改善電壓質(zhì)量，而且可以提高用戶設(shè)備的工作效率。同時(shí)合理配制導(dǎo)線截面、增建線路回路、增裝必要的無功補(bǔ)償設(shè)備以及加強(qiáng)管理措施等都可以不同程度上降低線路損耗，從而降低電力電纜在使用階段的環(huán)境影響。在這方面銅電纜明顯優(yōu)于鋁合金電纜。同時(shí)，對(duì)于電力電纜行業(yè)還存在再生原材料利用的問題，不同的再生金屬材料替代原生材料工藝將產(chǎn)生不同的環(huán)境影響。

對(duì)于電力電纜生產(chǎn)企業(yè)，建議應(yīng)從導(dǎo)體本身和提高生產(chǎn)工藝出發(fā)，進(jìn)一步提高金屬純度和合金工藝，增加導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，縮小與發(fā)達(dá)國家的差距，減少無功消耗。同時(shí)也可以從原材料選擇、降低生產(chǎn)能耗、減少運(yùn)輸距離和產(chǎn)品的再生利用等方面盡可能降低電力電纜和環(huán)境影響。