输变电工程关键电力设备与材料碳排放核算方法

doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202411030

中国电力 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (4): 193-204.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202411030

输变电工程关键电力设备与材料碳排放核算方法

李可昀¹^,²(), 张宁¹(), 赵乐³, 赵成³, 李嘉宇¹^,², 唐诚¹^,²

1. 清华大学电机工程与应用电子技术系，北京　100084
2. 清华大学能源互联网创新研究院，北京　100085
3. 国网北京市电力公司客户服务中心，北京　100031

收稿日期:2024-11-11 录用日期:2025-02-09 发布日期:2025-04-23 出版日期:2025-04-28
作者简介:
李可昀（1998），女，硕士，助理研究员，从事电力系统碳排放核算与能源互联网发展战略研究，E-mail：keyunli@mail.tsinghua.edu.cn
张宁（1985），男，通信作者，博士，副教授，博士生导师，从事电力系统规划与运行、多能源系统与可再生能源并网研究，E-mail：ningzhang@tsinghua.edu.cn
基金资助:
国家电网有限公司科技项目（5700-202411271A-1-1-ZN）。

Carbon Emission Accounting Methods for Key Electric Equipment and Materials in Power Transmission and Transformation Projects

LI Keyun¹^,²(), ZHANG Ning¹(), ZHAO Le³, ZHAO Cheng³, LI Jiayu¹^,², TANG Cheng¹^,²

1. Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2. Energy Internet Research Institute, Tsinghua University, Beijing 100085, China
3. State Grid Beijing Electric Power Company Customer Service Center, Beijing 100031, China

Received:2024-11-11 Accepted:2025-02-09 Online:2025-04-23 Published:2025-04-28
Supported by:
This work is supported by Science and Technology Project of SGCC (No.5700-202411271A-1-1-ZN).

摘要/Abstract

摘要：

在“双碳”战略目标下，核算输变电工程的碳排放水平可为电力工程的减碳工作提供重要数据参考。当前，输变电工程碳排放核算领域面临着标准缺失与研究基础薄弱的问题，亟待建立精细化方法和模型。面向输变电工程供应链上游减碳的应用场景，首先，从研究对象和核算边界两方面界定了碳排放核算范围；其次，梳理了关键设备与材料在原材料获取与生产制造环节的碳排放活动，研究了工程前期数据受限情况下的活动量获取与转换方式，构建了输变电工程关键设备与材料的碳排放核算模型；最后，面向某特高压直流输变电工程，基于在初设阶段的有限数据源，核算了7种关键电力设备与材料在原材料获取与生产制造环节的碳排放。结果表明，导线、杆塔材料和变压器是输变电工程关键设备与材料的主要碳排放来源，应聚焦这3类设备在原材料与制造工艺方面的碳排放，推进电力设备与材料的降碳研究。

关键词: 碳达峰, 碳中和, 碳排放, 碳排放核算, 输变电工程, 排放因子法

Abstract:

Under “dual-carbon” goals, the carbon emission accounting for power transmission and transformation projects can provide important data reference for carbon reduction of power projects. At the present stage, the field of carbon emission accounting in power transmission and transformation projects is facing the problems including the lack of standards and weak research foundation, thus it is significant to establish specific methodology and models. This paper is oriented to the application scenario of upstream carbon reduction in the supply chain of power transmission and transformation projects. Firstly, the paper defines the scope of carbon emission accounting from perspectives of carbon accounting objects and system boundary; secondly, the paper analyzes the carbon emission activities of key equipment and materials during raw material acquisition and manufacturing stages, researches the way of collecting and converting activity data with limited raw data from the pre-engineering stage, and constructs carbon emission accounting models for key equipment and materials in power transmission and transformation projects; finally, the paper conducts a case study for an ultra-high voltage direct current transmission and transformation project, and calculates the carbon emissions of seven key electric equipment and materials during raw material acquisition and manufacturing stages based on the limited data sources from the preliminary design stage. The research results show that wires, tower materials and transformers are the main components of the total carbon emissions, thus it is essential to focus on carbon emissions of the equipment, and promote the research on carbon reduction in electrical equipment and materials.

Key words: carbon peak, carbon neutrality, carbon emission, carbon emission accounting, transmission and transformation project, emission factor method

李可昀, 张宁, 赵乐, 赵成, 李嘉宇, 唐诚. 输变电工程关键电力设备与材料碳排放核算方法[J]. 中国电力, 2025, 58(4): 193-204.

LI Keyun, ZHANG Ning, ZHAO Le, ZHAO Cheng, LI Jiayu, TANG Cheng. Carbon Emission Accounting Methods for Key Electric Equipment and Materials in Power Transmission and Transformation Projects[J]. Electric Power, 2025, 58(4): 193-204.

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图/表 15

参考文献 37

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类型	项目	排放因子	数据获取年份	地域代表性	适用性
金属材料	铝/(tCO₂·t^–1)	20.3	2019	中国	原铝，用于制造导线、电缆等
	钢^*/(tCO₂·t^–1)	2.35	2021—2022	中国	厚钢板，用于制造在设备、桥梁等领域的耐候钢、容器钢等
	铜^*/(tCO₂·t^–1)	26.96	2019	中国	阴极铜，用于制造导线、电缆、电气设备等
非金属材料	玻璃/(tCO₂·t^–1)	1.4	2021	英国	用于制造玻璃绝缘子
	瓷/(tCO₂·t^–1)	1.2	2022	中国	用于制造瓷绝缘子
	聚酯树脂/(tCO₂·t^–1)	74.3	2019	中国	用于制造变压器绝缘材料
中间产品	型钢/(tCO₂·t^–1)	2.24	2022	中国安徽	重型H型钢，用于机械、建筑等领域
	冷轧钢板及钢带/(tCO₂·t^–1)	2.6	2022	中国北京	用于制造变压器
	热轧钢板及钢带/(tCO₂·t^–1)	2.3	2023	中国河北	碳素结构钢，用于制造钢结构、机械等
	8寸晶圆/(kgCO₂·片^–1)	322.1	2022	中国台湾	硅晶圆，用于制造晶闸管
加工工艺	热浸镀锌工艺/(tCO₂·t^–1)	1.46	2022	中国安徽	用于对钢材进行热镀锌防腐处理
加工工艺	导线加工工艺/(tCO₂·km^–1)	0.15	2020	中国	用于生产钢芯铝绞线、铝包钢绞线等导线
能源	电力/(tCO₂·(MW·h)^–1)	0.536 6	2022	中国	全国电力平均二氧化碳因子
能源	石油/(tCO₂·t^–1)	2.5	2015	中国黑龙江	用于制造变压器油

类型	项目	排放因子	数据获取年份	地域代表性	适用性
金属材料	铝/(tCO₂·t^–1)	20.3	2019	中国	原铝，用于制造导线、电缆等
	钢^*/(tCO₂·t^–1)	2.35	2021—2022	中国	厚钢板，用于制造在设备、桥梁等领域的耐候钢、容器钢等
	铜^*/(tCO₂·t^–1)	26.96	2019	中国	阴极铜，用于制造导线、电缆、电气设备等
非金属材料	玻璃/(tCO₂·t^–1)	1.4	2021	英国	用于制造玻璃绝缘子
	瓷/(tCO₂·t^–1)	1.2	2022	中国	用于制造瓷绝缘子
	聚酯树脂/(tCO₂·t^–1)	74.3	2019	中国	用于制造变压器绝缘材料
中间产品	型钢/(tCO₂·t^–1)	2.24	2022	中国安徽	重型H型钢，用于机械、建筑等领域
	冷轧钢板及钢带/(tCO₂·t^–1)	2.6	2022	中国北京	用于制造变压器
	热轧钢板及钢带/(tCO₂·t^–1)	2.3	2023	中国河北	碳素结构钢，用于制造钢结构、机械等
	8寸晶圆/(kgCO₂·片^–1)	322.1	2022	中国台湾	硅晶圆，用于制造晶闸管
加工工艺	热浸镀锌工艺/(tCO₂·t^–1)	1.46	2022	中国安徽	用于对钢材进行热镀锌防腐处理
加工工艺	导线加工工艺/(tCO₂·km^–1)	0.15	2020	中国	用于生产钢芯铝绞线、铝包钢绞线等导线
能源	电力/(tCO₂·(MW·h)^–1)	0.536 6	2022	中国	全国电力平均二氧化碳因子
能源	石油/(tCO₂·t^–1)	2.5	2015	中国黑龙江	用于制造变压器油

导线计算内容	名称及单位	数值
原材料活动量	铝质量/t	20 000
原材料活动量	钢质量/t	2 498
工艺活动量	导线长度/km	7 315
碳排放量	原材料/tCO₂	411 857
	工艺/tCO₂	1 090
	总量/tCO₂	412 947

导线计算内容	名称及单位	数值
原材料活动量	铝质量/t	20 000
原材料活动量	钢质量/t	2 498
工艺活动量	导线长度/km	7 315
碳排放量	原材料/tCO₂	411 857
	工艺/tCO₂	1 090
	总量/tCO₂	412 947

变压器活动量组成	ABB变压器单位容量的活动量/(kg·(MV·A)^–1) 或((kW·h)·(MV·A)^–1)	算例变压器碳排放量/tCO₂
铝	8.0	62
铜排	95	979
铜线	1.6	16
钢	182	163
硅钢	269	195
油漆	0.4	0.3
瓷	8.0	3.8
树脂	0.8	21
变压器油	192	183
电能耗量	37 100	7 585
总量		9 208

输变电工程关键电力设备与材料碳排放核算方法

Carbon Emission Accounting Methods for Key Electric Equipment and Materials in Power Transmission and Transformation Projects

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Metrics

换流阀计算内容	名称及单位	数值
原材料活动量	硅片总质量/t	0.73
	钼片总质量/t	0.36
	铝片总质量/t	0.22
	铁芯总质量/t	17
工艺活动量	晶闸管装配及试验电耗/(MW·h)	177
工艺活动量	电抗器装配及阀塔试验电耗/(MW·h)	318
碳排放量	原材料碳排放/tCO₂	2 135
	工艺碳排放/tCO₂	266
	总碳排放/tCO₂	2 401

设备及材料	活动量获取方法及来源	活动量名称	数值
换流阀晶闸管	工艺溯源法：项目资料、文献、换流阀制造商碳足迹报告^[32,34]	晶闸管总数/个	2 880
		硅片质量/kg	734
		铝片质量/kg	212
		生产耗电量/(MW·h)	178
变压器	参数适配法：项目资料、变压器制造商碳足迹报告^[31-32]	钢及硅钢质量/t	6 886
		铜质量/t	3 017
		铝质量/t	212
		变压器油质量/t	4 005
		生产耗电量/(GW·h)	761
GIS	参数适配法：项目资料、GIS制造商碳足迹报告^[31]	铝质量/t	12 661
		铜质量/t	1 339
		钢质量/t	2 867
		SF₆泄漏量/t	3.7
导线	分解统计法：项目资料、国家标准^[35]	铝质量/t	75 028
导线	分解统计法：项目资料、国家标准^[35]	钢质量/t	16 687
杆塔材料	分解统计法：项目资料	铁塔钢材质量/t	387 585
金具	分解统计法：项目资料、国家标准^[36]	钢和铁质量/t	17 489
金具	分解统计法：项目资料、国家标准^[36]	铝质量/t	1 002
绝缘子	分解统计法：项目资料、文献^[25]	玻璃质量/t	22 105
		钢质量/t	12 745
		生产耗电量/t	12 025

设备及材料		碳排放量
换流阀关键器件		2 401
变压器		560 860
GIS		414 156
导线		1 566 630
杆塔材料		1 488 328
金具		60 233
绝缘子		75 371
总量		4 167 979

文献研究对象	文献研究结论	本文研究结论
英国输变电网络，共计22 670 km架空线路，887 km地下电缆，681座变电站^[27]	原材料铝碳排放占总量的40%，钢占比20%，铜占比5%	原材料铝碳排放占总量的43.3%，钢占比23.6%，铜占比2.8%
挪威输变电网络，共计10 971 km架空线路，1089 km地下和海上电缆，121座变电站^[17]	架空线路碳排放占总量的63%，变压器占比12%，GIS占比15%	架空线路碳排放占总量的73.3%，变压器占比13.5%，GIS占比10.0%
中国特高压输电线路，8条±800 kV线路，14条1000 kV线路^[10]	导线和杆塔材料碳排放占线路四大关键设备碳排放总量的89.6%	导线和杆塔材料碳排放占线路四大关键设备碳排放总量的95.7%

不确定敏感因子	变化率/%							敏感度系数
不确定敏感因子	–30	–20	–10	0	10	20	30	敏感度系数
铝	3 626 555	3 807 030	3 987 504	4 167 979	4 348 454	4 528 928	4 709 403	0.4330
热浸镀锌工艺	3 998 217	4 054 804	4 111 392	4 167 979	4 224 566	4 281 154	4 337 741	0.135 8
电力	4 043 374	4 084 909	4 126 444	4 167 979	4 209 514	4 251 049	4 292 584	0.099 7
冷轧钢板及钢带	4 067 207	4 100 798	4 134 388	4 167 979	4 201 570	4 235 160	4 268 751	0.080 6
热连轧钢板及钢带	4 078 834	4 108 549	4 138 264	4 167 979	4 197 694	4 227 409	4 257 124	0.071 3
型钢	4 081 160	4 110 100	4 139 039	4 167 979	4 196 919	4 225 858	4 254 798	0.069 4
钢	4 149 681	4 155 780	4 161 880	4 167 979	4 174 078	4 180 178	4 186 277	0.014 6
铜	4 131 866	4 143 904	4 155 941	4 167 979	4 180 017	4 192 054	4 204 092	0.028 9
玻璃	4 158 695	4 161 790	4 164 884	4 167 979	4 171 074	4 174 168	4 177 263	0.007 4
聚酯树脂	4 164 759	4 165 832	4 166 906	4 167 979	4 169 052	4 170 126	4 171 199	0.002 6
变压器油	4 164 938	4 165 951	4 166 965	4 167 979	4 168 993	4 170 007	4 171 020	0.002 4
导线加工工艺	4 166 676	4 167 110	4 167 545	4 167 979	4 168 413	4 168 848	4 169 282	0.001 0
瓷	4 167 895	4 167 923	4 167 951	4 167 979	4 168 007	4 168 035	4 168 063	0.000 1

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输变电工程关键电力设备与材料碳排放核算方法

Carbon Emission Accounting Methods for Key Electric Equipment and Materials in Power Transmission and Transformation Projects

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