從全生命周期角度探尋銅電纜和鋁合金電纜的環境影響

電纜行業的“銅鋁之爭”持續了很多年，尤其在銅價居高不下，電纜生產企業利潤率急劇下滑的情況下，“以鋁節銅”甚至是“以鋁代銅”的呼聲尤為高漲。但是對于“以鋁節銅”是否行得通卻是各有說法。在當前經營環境日趨復雜和環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境影響到底有多大成為各方關注的一個焦點。

作者：陳亮 單位：中國標準化研究院

生命周期評價(LCA)是一種評價產品、工藝或活動，從原材料采集，到產品生產、運輸、銷售、使用、回用、維護和終處置整個生命周期階段有關的環境負荷的過程。它首先辨識和量化整個生命周期階段中能量和物質的消耗以及環境釋放，然后評價這些消耗和釋放對環境的影響，后辨識和評價減少這些影響的機會。LCA區別于其它傳統評價方法有兩個顯著的特點。首先，它具有全程性的特點，亦即對所研究系統在整個生命周期內所造成的環境負荷或影響進行評價。其次，它具有綜合性的特點，不僅考慮廢物對環境的影響, 而且考慮因資源和能源的消耗而對環境造成的綜合影響。

如果要對銅纜和鋁合金電纜生命周期環境影響進行對比，首先就要建立基礎性的對比條件，即相同的載流量、系統邊界、功能單位、環境影響類型、評價工具以及所采集的數據來自生產技術水平和規模相當的銅電纜和鋁合金電纜生產企業。基于此考慮，選定原材料獲取、產品制造、產品使用、運輸和廢棄處置等5個階段作為兩種電纜的系統邊界，并根據國家標準GB 50217電力工程電纜設計規范選取YJHLV82-4×185(交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套鋁合金帶連鎖鎧裝鋁合金電力電纜)和YJV22 4×120(交聯聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套銅電纜)作為對比的產品。功能單位為1KM電纜。環境影響類型主要包括變暖潛勢、酸化潛勢、富營養化潛勢和能源消耗等4種主要環境影響類型，分別采用CML2001和EI99的評價指標體系。

通過評價分析發現：(1)變暖環境影響類型。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、運輸和再生階段略低于銅電纜。(3)富營養化潛能環境影響。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、運輸和再生階段略低于銅電纜。(4)能源消耗環境影響。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，在運輸和再生階段略低于銅電纜。(5)總體環境影響。銅電纜優于鋁合金電纜。

電力電纜產品生命周期環境影響主要貢獻來自于電纜的使用階段，占各項環境影響貢獻率的98%以上，使用階段計算的使用年限為30年，產生的電力損耗相對巨大，同時與電纜的使用情景有直接的關系，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算結果。其次來自產品的原材料獲取階段，占比約為1%，貢獻小的為產品的運輸階段，占比不足萬分之一。

通過上述結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境影響的主要、有效和切實可行的重要手段。功率因數是供電系統一項重要技術經濟指標，用電設備在消耗有功功率的同時，還需要大量的無功功率由電源送往負荷，功率因數反映的是電氣設備在消耗一定有功功率的同時所需的無功功率，用戶功率因數的高低，對于電力系統的發、供、用電設備的充分利用，有顯著的影響。適當提高功率因數，不但可以充分發揮發、供、用電設備的生產能力，減少線路損失，改善電壓質量，而且可以提高用戶設備的工作效率。同時合理配制導線截面、增建線路回路、增裝必要的無功補償設備以及加強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境影響。在這方面銅電纜明顯優于鋁合金電纜。同時，對于電力電纜行業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生不同的環境影響。

對于電力電纜生產企業，建議應從導體本身和提高生產工藝出發，進一步提高金屬純度和合金工藝，增加導體的導電性能，縮小與發達國家的差距，減少無功消耗。同時也可以從原材料選擇、降低生產能耗、減少運輸距離和產品的再生利用等方面盡可能降低電力電纜和環境影響。