節(jié)能變壓器評價與促進機制探討

/國際銅業(yè)協(xié)會（中國）張凌宇/

從市場增長方面看，受經(jīng)濟走勢和固定投資放緩的影響，2011年中國配電變壓器市場整體增速下滑至2.2%；至2013年，中國配電變壓器市場重新恢復較快增長，原因不僅是因為電網(wǎng)投資恢復增長，而且與電網(wǎng)投資的重心向配網(wǎng)傾斜有關。

自2012年以來，配電變壓器市場陸續(xù)推進了很多節(jié)能變壓器政策，相繼發(fā)布實施新版配電變壓器節(jié)能認證規(guī)范（CQC31—461212—2012）和新版配電變壓器能效標準（GB20052—2013），促進配電變壓器技術標準體系中的額定損耗數(shù)值以及節(jié)能產(chǎn)品類型有了進一步發(fā)展和更多選擇。國家相關管理部門亦為促進節(jié)能減排，將節(jié)能變壓器推廣作為其中一種重要手段，納入到各項降損提效的工作當中。這其中還包括：節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃中對于變壓器損耗降低的要求；在“節(jié)能產(chǎn)品惠民工程推廣目錄”中增加節(jié)能變壓器為期一年的用戶補貼（2012～2013）；工信部與行業(yè)開展的“配電變壓器能效提升計劃”課題（2013）；發(fā)改委和電網(wǎng)公司推進的電力需求側管理與節(jié)能服務中持續(xù)開展的老舊變壓器替換等。這一系列工作，對節(jié)能變壓器標準、認知、推進、核證帶來巨大的推動作用，為傳統(tǒng)變壓器行業(yè)技術發(fā)展帶來廣闊空間。

在對節(jié)能變壓器市場需求充滿樂觀的同時，我們也發(fā)現(xiàn)，由于變壓器運行工況及節(jié)能效果評價較為復雜，同時不同用戶對投資收益評價和對成本認識還存在很多差異，節(jié)能變壓器的發(fā)展因此面臨諸多困境。為解決這種困境，不僅需要變壓器行業(yè)自身應對，而且也需要上下游行業(yè)和用戶的協(xié)同。因為變壓器損耗的降低、性能的提升，除設計優(yōu)化和技術保障外，也越發(fā)依賴于上游產(chǎn)業(yè)材料技術發(fā)展與供給，以及用戶對設備管理和節(jié)能投資的意愿和評價。為此，更需要有持續(xù)的政策，引導市場建立對于資源使用、節(jié)能收益、核證評價的客觀公正的管理和技術支撐體系，以促進節(jié)能變壓器市場供需雙方的良性互動，促使節(jié)能與成本管理有效的結合在一起，發(fā)揮節(jié)能變壓器的經(jīng)濟與社會效益。

本文希望通過回顧近期標準政策影響下的節(jié)能配電變壓器市場變化，探討節(jié)能配電變壓器推進中的經(jīng)驗與問題，嘗試對落實節(jié)能變壓器推進效果和機制建設提出一些建議，以充分利用良好的外部政策環(huán)境，共同促進節(jié)能變壓器市場健康發(fā)展。

節(jié)能配電變壓器市場情況綜述

影響節(jié)能變壓器市場發(fā)展的因素較多，如能源政策與產(chǎn)品技術標準引導、節(jié)能投入成本與收益預期、用戶選擇與節(jié)能量評估、監(jiān)察核證等眾多因素。經(jīng)濟環(huán)境與政府投資亦對整體市場中的節(jié)能市場份額產(chǎn)生影響。從市場增長方面看，受經(jīng)濟走勢和固定投資放緩的影響，2011年中國配電變壓器市場整體增速下滑至2.2%；至2013年，中國配電變壓器市場重新恢復較快增長，原因不僅是因為電網(wǎng)投資恢復增長，而且與電網(wǎng)投資的重心向配網(wǎng)傾斜有關。在2013年新增配電變壓器產(chǎn)量增速同比增長10%，約146萬臺（約6.68億kVA，容量同比增速11.5%），配電變壓器市場的年度新增產(chǎn)量如圖1所示。

在整體市場中，受節(jié)能政策標準影響，不同損耗變壓器的市場份額差別較大。根據(jù)新版配電變壓器能效標準（GB20052—2013）對于節(jié)能變壓器的定義（僅定義10kV三相配電變壓器中的節(jié)能產(chǎn)品），除了非晶合金配電變壓器保持穩(wěn)定持續(xù)增長外（2013年10kV三相非晶合金變壓器同比增長8.7%），其他二級和一級能效產(chǎn)品增長相對緩慢并受政策影響明顯。2013年，由于高效節(jié)能配電變壓器惠民工程的實施，許多大型配電變壓器企業(yè)推出一級能效配電變壓器。在惠民工程期間，一級能效10kV三相配電變壓器（尤其是非晶合金變壓器）獲得較快的增長，2013年的一級能效配電變壓器銷售量約1573臺。在惠民工程補貼政策結束后，一級能效配電變壓器銷量大幅回落。雖然補貼政策的促進效果明顯，但是一級能效配電變壓器的生產(chǎn)成本偏高，且很多廠商對于一級能效產(chǎn)品研發(fā)和推廣準備時間不足，造成補貼政策停止后市場供需迅速回落，目前還是以推廣時間較長的二級能效產(chǎn)品為主。其中10kV三相配電變壓器二級能效產(chǎn)品2013年新增市場中的占比為11.9%，一級能效產(chǎn)品2013年新增市場中的占比為0.1%；新增市場還是以11系列和10系列為主，占比分別為57%和30%。從2008～2013年的新增市場，9系列持續(xù)減少，在2012年已基本消失。2008～2013年中國10kV三相配電變壓器能效水平如圖2所示。

在配電變壓器節(jié)能潛力方面，因為2010年中國全社會用電量大幅增長，10kV三相配電變壓器的耗電量也隨著快速增加，同比增速15.1%；在2012年，用電量增速則放緩，10kV三相配電變壓器的耗電量增速也降至5.7%；2013年，中國10kV三相配電變壓器耗電量141.0TW·h，同比增加7.3%，占全國用電量的2.65%。

節(jié)能配電變壓器發(fā)展中遇到的問題

在節(jié)能配電變壓器推廣中，最直接的制約因素是節(jié)能變壓器成本，以及對成本范疇和投資收益的評價差異。在電力行業(yè)中，對于成本評價，已不斷完善，建立了很多評價手段和方法。根據(jù)電力行業(yè)發(fā)布的配電變壓器能效技術經(jīng)濟評價導則（DL/T985-2012）中提出的成本范疇和計算方法，將采購成本和后期運行費用之和作為產(chǎn)品使用期的綜合費用進行評價，考慮了不同用戶類型、變壓器額定損耗、負載變化、無功損耗、電價、投資收益等技術和經(jīng)濟因素的影響，對節(jié)能變壓器（主要針對10kV三相油浸和干式配電變壓器）的選型、老舊變壓器替換，提出了適合中國用戶的綜合成本計算方法，這種方法在標準中稱之為“綜合能效費用法”（也是TOC法）。這種方法的提出，是基于變壓器使用壽命期長（設計壽命至少為20年），運行能耗遠遠超過了變壓器采購支出這一實際情況。如果以20年使用年限為計，在變壓器使用期的綜合成本中，其中運行能耗成本占到75%，安裝維護成本占5%，購買成本僅占20%。因此，降低配電變壓器損耗，提升性能質量將有效的降低使用期的綜合成本。另外，在變壓器使用中，除產(chǎn)生損耗成本、維護成本，還潛在包含其他風險帶來的成本，如事故或故障檢修成本，可能帶來很大損失。因此，對于節(jié)能變壓器的評價前提首先是安全可靠，質量過硬。另外一個流行的成本評價，稱作“全壽命周期成本分析”，是當前涵蓋范圍更廣的一種方法。不僅考慮了設備投資與運行費用，還將維護、檢修、事故風險成本、設備淘汰與回收利用的綜合成本考慮在內。但是全壽命周期成本（或全壽命周期資產(chǎn)管理）還沒有形成一套完整并能實施的標準體系，距離應用還有不少難度。

配電變壓器最主要的用戶還是電網(wǎng)公司，需求量占新增配電變壓器市場近60%。在國家節(jié)能政策的要求和自身電網(wǎng)線損的考核下，節(jié)能變壓器選擇的主動性強于其他工業(yè)企業(yè)。對于其他工業(yè)企業(yè)，一方面很多在用變壓器的型號范圍不在節(jié)能變壓器標準的規(guī)定范圍內，享受不了相關鼓勵政策，一方面，相比其他工藝和產(chǎn)品的改造技術，節(jié)能變壓器初次投資較大，回收期長，除特定需要強制淘汰的老舊變壓器和特殊高耗電行業(yè)外，節(jié)能變壓器的采購計劃并不是處于緊迫位置。

除了標準中定義了節(jié)能變壓器外，運行中是否能夠真正減少變壓器電量損耗以及減少多少，需要根據(jù)負荷特點單獨分析并以實際采集的數(shù)據(jù)進行節(jié)能量核證。盡管同樣屬于節(jié)能變壓器范疇，但是只有在負載經(jīng)濟運行區(qū)間內，才能發(fā)揮節(jié)能變壓器的作用。比如，非晶合金配電變壓器在低負載率的場合（30%以下負載率）能夠突出發(fā)揮其空載損耗低的特點，而配電變壓器能效一級產(chǎn)品由于進一步降低了負載損耗，更適合于工業(yè)企業(yè)三班運轉和65%以上負荷率的工況運行，產(chǎn)品才能發(fā)揮更大經(jīng)濟效益。判斷變壓器是否在經(jīng)濟運行區(qū)間，是判斷節(jié)能效益的重要指標。在一些地區(qū)的節(jié)能監(jiān)測規(guī)范中，除了變壓器額定損耗和功率因數(shù)外，一般僅規(guī)定變壓器負載率的下限，而沒有對變壓器經(jīng)濟運行區(qū)間進行測算和評價。在開展節(jié)能變壓器節(jié)能服務和監(jiān)測中，需要必要的電能表同時要保存電量的歷史數(shù)據(jù)，以方便對節(jié)能變壓器經(jīng)濟運行和節(jié)能效益的核證和評估。

在變壓器制造企業(yè)層面，主要的問題不是擔心節(jié)能變壓器是否有市場，而是在用戶確定節(jié)能產(chǎn)品范圍和系列后，除少量具有品牌影響力和具備一定技術壟斷性的企業(yè)，大量企業(yè)最后依然是以價格為最主要的競爭手段。在達到標準規(guī)范中要求的損耗數(shù)值之后，很多設計參數(shù)也必須根據(jù)不同性能材料做出調整，需要更多成本。因此變壓器企業(yè)承擔更多的價格壓力，如果不能通過供應鏈管理、設計優(yōu)化、技術創(chuàng)新降低成本，或者根據(jù)用戶不同運行環(huán)境提供差異化產(chǎn)品，比如提供更好的安全與環(huán)保性，免維護，低噪音等性能產(chǎn)品或提供更好的性能保證或服務，則陷入產(chǎn)品的價格競爭，也無法保證產(chǎn)品質量，導致供需雙方利益受損。除了控制成本、保障利潤，在節(jié)能變壓器的設計、生產(chǎn)技術環(huán)節(jié)還有很多需要關注的方面。在原材料供給上，節(jié)能變壓器市場的快速發(fā)展帶動了高牌號取向冷軋硅鋼片與非晶合金帶材的需求，因此，穩(wěn)定的供應和穩(wěn)定的原材料質量也同樣是變壓器市場健康發(fā)展的重要支持因素。另外，對于繼續(xù)提升節(jié)能變壓器綜合性能（如繼續(xù)降低非晶合金產(chǎn)品噪音等），探討環(huán)氧樹脂干式變壓器的回收方式等方面，依然有很多發(fā)展空間。

節(jié)能配電變壓器評價的幾個方面

節(jié)能配電變壓器評價的意義不僅是讓用戶了解什么是節(jié)能變壓器，最重要的是在達到節(jié)能變壓器預期的節(jié)能效果后，是否能同時滿足用戶的經(jīng)濟利益。

通過變壓器產(chǎn)品型號編制方法（JB/T3837）和配電變壓器能效標準（GB20052），可以直觀了解不同系列配電變壓器的損耗數(shù)值和節(jié)能配電變壓器的評價值。其中，能效標準（GB20052）提供最基本的額定損耗的判定準則，這也是能否享受國家有關節(jié)能政策和節(jié)能監(jiān)察的依據(jù)。我國目前通過對空載損耗和負載損耗的額定數(shù)值來定義節(jié)能變壓器，部分國家定義損耗水平與我國相同，目前評價方法有三種：空載損耗和負載損耗法、總損耗法和效率方法。其中效率方法可以根據(jù)材料成本調整銅鐵比例，具有一定的成本靈活性，而空負載損耗分開的方法則更注重于對產(chǎn)品損耗的監(jiān)管，總損耗方法兩者兼而有之。但無論是額定損耗，還是50%負載率下定義的效率，其數(shù)值僅代表出廠時此類變壓器的損耗水平高低，并不代表實際運行效率。表1是各國能效標準（油浸式配電變壓器）的定義情況。

表1 各國能效標準中對于油浸式配電變壓器損耗（或效率）的定義

在我國配電變壓器能效標準所規(guī)定的各項額定損耗數(shù)值中，將一級能效負載損耗進一步降低，擴大了不同類型用戶的選擇范圍，更適合于高負載率的工業(yè)企業(yè)選擇?？蛰d損耗與負載損耗數(shù)值決定了不同系列變壓器最佳的運行區(qū)間，從GB20052—2013可以了解能效三級10kV三相油浸式配電變壓器的最佳效率點，能效三級產(chǎn)品運行的最佳效率點舉例如表2所示。

表2 能效三級產(chǎn)品最優(yōu)負載率舉例

國內農網(wǎng)配電變壓器的負荷率一直較低，多數(shù)變壓器投運時年均負荷率在10%左右，隨著居民用電負荷增長，變壓器的負荷率逐年增加，替換時多數(shù)年均負荷率約為15%，少數(shù)可以到20%，這樣更適合選擇非晶合金變壓器產(chǎn)品（或調容變壓器）。城網(wǎng)中，居民區(qū)配電變壓器的負荷率較低，投運時年均約為12%，替換時年均可達22%；辦公樓和酒店的年均負荷率較高，替換時可到32%～40%。工業(yè)用戶配電變壓器年均負荷率較高，投運時一般在40%，替換時約為80%，這樣選擇能效一級的電工鋼帶類產(chǎn)品更加合適。不同用戶類型下的負載率如表3所示。

表3 不同用戶的負載率

節(jié)能變壓器涵蓋的產(chǎn)品類型很多，除了能效標準規(guī)定范圍之外，單相變壓器（運行方式較為節(jié)能）、調容變壓器等都屬于可以降低損耗的變壓器。本文側重在能效標準規(guī)定范圍的產(chǎn)品評價，選擇能效限定值的變壓器，或是一級能效的變壓器，都需要分析用戶實際運行工況，才能實現(xiàn)最佳的節(jié)能效果。影響節(jié)能變壓器評價的有很多因素，在符合各項技術標準，滿足可靠性的前提下，選擇不同系列的變壓器，有幾個要素將影響不同系列變壓器的選擇，這些要素包括：變壓器預期使用年數(shù)、變壓器的帶電小時數(shù)（是否是季節(jié)性負荷）、變壓器負載率、年度最大負載時的等效損耗時間、年度最大負載時的等效運行時間、功率因數(shù)、變壓器采購價格、投資預期（投資收益率的期望）、變壓器的額定損耗數(shù)值、電價與繳費方式等，具體評價方法可以參考配電變壓器能效技術經(jīng)濟評價導則（DL/T985—2012）。除此之外，由于銅線變壓器具有較高的殘值（含可回收油、鐵心、銅線等），考慮老舊變壓器替代時，如將殘值納入考慮范圍，則回收期可以極大縮短至1年左右。

在配電變壓器能效技術經(jīng)濟評價導則（DL/T985—2012）中有這樣一個案例，我們進一步分析這個案例中一些要素變化后對于評價結果的影響。

案例：某有色冶煉企業(yè)準備安裝一臺額定容量為1000kVA的油浸式變壓器（Yyn0結線），在A、B、C、D四種型號的變壓器中優(yōu)選。變壓器的年高峰負載率為0.8，經(jīng)濟使用期內不考慮負荷增長。變壓器的相關參數(shù)如表4所示。

當前這四類方案的選擇，結論是方案D和C的總成本接近，而方案D最優(yōu)。對于工業(yè)企業(yè)，電價是選擇評價非常重要的因素，如果將電價作為變量，單位電量電費從0.2元至1元進行變化模擬，可以發(fā)現(xiàn)，電價在0.37元時，雖然年有功電量損耗依然分別為50835kWh、46455kWh、43652kWh、40323kWh，但是從綜合費用成本考慮，方案B的成本最低。在這種情況下，電價是選擇節(jié)能變壓器類型的決定因素。

如果這四類變壓器，將方案A改為負載損耗降低的能效一級變壓器（額定空載損耗為0.83kW、額定負載損耗為8.24kW），假設的購置費用為113000元，其他變量不變，則修改的方案A中年有功電量損耗為36376kWh，運行損耗最低；這時盡管電價降為0.37元，綜合費用依然最低，結論不變。但是在變壓器年高峰負載率降為50%的時候，方案D成為綜合費用成本最低的最優(yōu)選擇。當然，結論的前提是選擇的變壓器運行了足夠年數(shù)，而不是在運行幾年后出現(xiàn)故障和問題，沒有引起其他成本費用的變化。

通過上述案例的簡易分析，可以看到，評估節(jié)能變壓器，應該從三個方面進行考慮。第一，是標準角度，即符合能效標準和相關產(chǎn)品技術標準，是性能可靠的產(chǎn)品，這是基本原則；第二，是環(huán)境影響最小（運行能耗最低），即不僅有可以核證的節(jié)電量，所利用的資源（及材料）節(jié)約并能有效循環(huán)利用；第三，是綜合能效費用最低，即體現(xiàn)節(jié)能變壓器經(jīng)濟性和用戶運行管理效益。

表4 案例中的技術參數(shù)和經(jīng)濟變量

節(jié)能變壓器促進機制探討

節(jié)能變壓器的推進有其自身的內在需求，也有一定的外部政策引導，兩者最后都歸結于市場是否建立適合節(jié)能變壓器發(fā)展的有效機制，即設定節(jié)能變壓器的市場份額，不如設計出能夠發(fā)揮電能利用效益的市場規(guī)則，以使節(jié)能變壓器市場可以自我完善，理性發(fā)展。

在與推進節(jié)能變壓器有關的政策手段中，有強制性淘汰政策、財稅優(yōu)惠和補貼政策、能效標準和節(jié)能認證制度、節(jié)能產(chǎn)品政府采購制度、節(jié)能監(jiān)察制度等。這些政策手段，雖然能有效快速地拉動節(jié)能變壓器的發(fā)展，但是行政色彩較為濃厚，會帶來一些潛在的弊端。一方面，節(jié)能變壓器過快的發(fā)展會帶來原材料供應能力和工藝可靠性問題，導致一些企業(yè)的節(jié)能變壓器相比較性能不夠穩(wěn)定；另外一方面，節(jié)能變壓器的選擇應該更具靈活性，這樣使得節(jié)能變壓器能夠充分發(fā)揮節(jié)能效益，在政策覆蓋外的能夠帶來節(jié)能效益的產(chǎn)品也應該獲得產(chǎn)業(yè)的支持。為了能夠推動節(jié)能變壓器性能不斷提高，同時促使用戶對節(jié)能變壓器選擇評價的重視，建議豐富評價手段并進一步推進電力需求側管理的電能數(shù)據(jù)服務平臺建設。

在評價體系中，將環(huán)境資源使用成本、資源循環(huán)利用成本、能源電力價格、運行管理和維護成本反映并落實到用戶的成本評價體系，形成圍繞全壽命周期變壓器資產(chǎn)管理為核心，涵蓋電力繳費政策、采購政策、運行維護、替換更新決策和性能效率評估等內容的綜合管理方法體系，引導用戶能夠以變壓器壽命周期的資產(chǎn)回報和效益為考核評價指標，并引導變壓器企業(yè)對于產(chǎn)品的全壽命周期下的性能設計并提升客服服務體系，促進產(chǎn)業(yè)各相關利益方共同分享節(jié)能變壓器的效益，并形成差異化的、豐富的節(jié)能變壓器市場。

在政府主導的電力需求側電能數(shù)據(jù)服務平臺下，加強配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和分析，以變壓器經(jīng)濟運行數(shù)據(jù)和真實的節(jié)電量為核證內容，完善系統(tǒng)檢測、核證和評估能力，提升能源管理體系中配電系統(tǒng)的能效管理水平，通過科學的分析，形成節(jié)能變壓器的科學選擇決策。在形成可以核證的節(jié)能量效益后，進一步深化節(jié)能服務和節(jié)能融資市場，以配電系統(tǒng)改造支持節(jié)能變壓器的選擇和發(fā)展。

與其他節(jié)電設備一樣，節(jié)能變壓器只有協(xié)同全產(chǎn)業(yè)鏈的成本與質量管理、滿足用戶的安全可靠運行，才能更加穩(wěn)步健康的發(fā)展。