从全生命周期角度探寻铜电缆和铝合金电缆的环境影响

电缆行业的“铜铝之争”持续了很多年，尤其在铜价居高不下，电缆生产企业利润率急剧下滑的情况下，“以铝节铜”甚至是“以铝代铜”的呼声尤为高涨。但是对于“以铝节铜”是否行得通却是各有说法。在当前经营环境日趋复杂和环境压力不断增加的背景下，电力电缆的全生命周期过程中的环境影响到底有多大成为各方关注的一个焦点。

作者：陈亮 单位：中国标准化研究院

生命周期评价(LCA)是一种评价产品、工艺或活动，从原材料采集，到产品生产、运输、销售、使用、回用、维护和终处置整个生命周期阶段有关的环境负荷的过程。它首先辨识和量化整个生命周期阶段中能量和物质的消耗以及环境释放，然后评价这些消耗和释放对环境的影响，后辨识和评价减少这些影响的机会。LCA区别于其它传统评价方法有两个显著的特点。首先，它具有全程性的特点，亦即对所研究系统在整个生命周期内所造成的环境负荷或影响进行评价。其次，它具有综合性的特点，不仅考虑废物对环境的影响, 而且考虑因资源和能源的消耗而对环境造成的综合影响。

如果要对铜缆和铝合金电缆生命周期环境影响进行对比，首先就要建立基础性的对比条件，即相同的载流量、系统边界、功能单位、环境影响类型、评价工具以及所采集的数据来自生产技术水平和规模相当的铜电缆和铝合金电缆生产企业。基于此考虑，选定原材料获取、产品制造、产品使用、运输和废弃处置等5个阶段作为两种电缆的系统边界，并根据国家标准GB 50217电力工程电缆设计规范选取YJHLV82-4×185(交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铝合金带连锁铠装铝合金电力电缆)和YJV22 4×120(交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套铜电缆)作为对比的产品。功能单位为1KM电缆。环境影响类型主要包括变暖潜势、酸化潜势、富营养化潜势和能源消耗等4种主要环境影响类型，分别采用CML2001和EI99的评价指标体系。

通过评价分析发现：(1)变暖环境影响类型。铝合金电缆在制造、使用阶段温室气体排放高于铜电缆，在运输和再生阶段低于铜电缆，原材料获取阶段与铜电缆接近，略低于铜电缆。(2)酸化环境影响。铝合金电缆在制造、使用阶段排放高于铜电缆，在原材料获取、运输和再生阶段略低于铜电缆。(3)富营养化潜能环境影响。铝合金电缆在制造、使用阶段排放高于铜电缆，在原材料获取、运输和再生阶段略低于铜电缆。(4)能源消耗环境影响。铝合金电缆在原材料获取、制造和使用阶段能源消耗高于铜电缆，在运输和再生阶段略低于铜电缆。(5)总体环境影响。铜电缆优于铝合金电缆。

电力电缆产品生命周期环境影响主要贡献来自于电缆的使用阶段，占各项环境影响贡献率的98%以上，使用阶段计算的使用年限为30年，产生的电力损耗相对巨大，同时与电缆的使用情景有直接的关系，不同的使用情景和不同的使用年限将在很大程度上影响计算结果。其次来自产品的原材料获取阶段，占比约为1%，贡献小的为产品的运输阶段，占比不足万分之一。

通过上述结果可见减少输电过程中电力损耗是降低电力电缆生命周期环境影响的主要、有效和切实可行的重要手段。功率因数是供电系统一项重要技术经济指标，用电设备在消耗有功功率的同时，还需要大量的无功功率由电源送往负荷，功率因数反映的是电气设备在消耗一定有功功率的同时所需的无功功率，用户功率因数的高低，对于电力系统的发、供、用电设备的充分利用，有显著的影响。适当提高功率因数，不但可以充分发挥发、供、用电设备的生产能力，减少线路损失，改善电压质量，而且可以提高用户设备的工作效率。同时合理配制导线截面、增建线路回路、增装必要的无功补偿设备以及加强管理措施等都可以不同程度上降低线路损耗，从而降低电力电缆在使用阶段的环境影响。在这方面铜电缆明显优于铝合金电缆。同时，对于电力电缆行业还存在再生原材料利用的问题，不同的再生金属材料替代原生材料工艺将产生不同的环境影响。

对于电力电缆生产企业，建议应从导体本身和提高生产工艺出发，进一步提高金属纯度和合金工艺，增加导体的导电性能，缩小与发达国家的差距，减少无功消耗。同时也可以从原材料选择、降低生产能耗、减少运输距离和产品的再生利用等方面尽可能降低电力电缆和环境影响。