110 kV电力迁改工程工程材料与关键设备碳排放核算方法

《Applied Sciences》：A Carbon Emission Accounting Method for Engineering Materials and Key Equipment in 110 kV Power Relocation Projects

　　

输变电工程涉及大量工程材料与关键设备，其隐含碳排放显著，但既有项目级碳排放核算方法对电力工程实践的针对性不足。研究人员以某110 kV输变电迁改工程为案例，提出一种基于工程量清单的生命周期碳排放核算方法。核算范围覆盖土建材料、电缆系统、气体绝缘开关设备（GIS）及其他关键工程部件，并进一步评估低碳材料与设备替代的减排潜力。所提框架集成工程分解、工程量清单条目至材料与设备清单的分层映射、部件级碳因子建模、碳因子一致性校准及碳-成本双目标情景分析。研究采用从摇篮到坟墓边界，涵盖材料生产（A1–A3）、运输（A4）、施工（A5）、运行维护（B）及含回收抵扣的报废处理（C）。相较先将工程量聚合成扁平材料清单的传统项目级核算，该方法在清单转译中保留工程量清单层级，并在条目至部件转换步骤分配生命周期模块，从而提升从工程包到碳热点的可追溯性，使核算结果更可直接支撑采购导向的低碳决策。基线情景净全生命周期碳足迹为455.5 t CO2e，其中材料生产贡献305.2 t CO2e（67.0%），运行维护贡献147.2 t CO2e（32.3%）。部件层面，110 kV交联聚乙烯（XLPE）电缆与SF6相关影响分别占31.8%与27.1%。单项替代措施减排3.1–16.5%，组合策略将碳足迹降至355.8 t CO2e，减排21.9%，成本增加7.2%。结果表明，所提方法能有效将工程量文件转译为可追溯的项目级全生命周期碳排放核算结果，为110 kV输变电迁改工程的低碳选材、设备采购及前期决策提供支持。

研究背景方面，输变电工程是低碳能源转型不可或缺的一环，但其工程材料与关键设备（如混凝土、钢材、电缆、气体绝缘开关设备（GIS，Gas-Insulated Switchgear）等）在建设与服役前即产生可观的隐含碳排放与运行期温室气体排放。现有生命周期评价（LCA，Life-Cycle Assessment）研究多聚焦建筑、道路等通用基建，针对输变电工程的材料构成与工程逻辑适配不足，存在系统边界不一致、工程量清单与可行动替代选项脱节、缺乏碳-成本显式权衡的项目级实证三大缺口。为此，研究人员以广东某110 kV升压站迁改及线路迁改混合工程（含变电站迁改与改造SP1、电缆进线SP2、架空线与电缆迁改SP3）为对象，在《Applied Sciences》发表研究，提出基于工程量清单的全生命周期碳排放核算框架，并量化低碳替代情景，旨在将工程语言可追溯地转为碳核算语言，服务设计审查与招标采购。

关键技术方法上，研究人员依托真实工程量清单（BoQ）文件，构建三层框架：工程分解层（子项目—工程包—BoQ条目）、清单转译层（BoQ条目经换算系数映射至材料/设备类别并分配A1–A3/A4/A5/B/C模块）、碳决策层（分阶段碳因子相乘聚合、热点排序、替代情景比较）。碳因子采用多源分层匹配——优先产品环境声明（EPD）值，次选ecoinvent 3.10数据库，运行维护与电价相关项采用中国省级/国家级电力排放因子，并通过边界对齐、GWP指标统一、地理代表性、单位归一化与避免重复计数五维校准消除跨源不一致。核算模型以分项求和公式实现BoQ数量×映射系数×阶段碳因子，情景分析设S1低碳混凝土、S2再生钢、S3无SF₆开关柜及S4组合策略，成本仅作包级筛选区间而非全审计；敏感性分析对SF₆泄漏率、运距、混凝土因子、电力因子、钢回收率、缆铜含量做单因素确定性强弱测试。

研究结果部分，按原文小节归纳如下。整体全生命周期碳足迹小节指出，基线净足迹455.5 t CO₂e，材料生产占67.0%（305.2 t），运行维护占32.3%（147.2 t），运输19.2 t、施工13.7 t，报废回收抵扣29.8 t；A1–A5合计占74.2%，证明碳决策在投运前已锁定。子项目比较小节显示，SP3架空线迁改233.7 t最高，SP1变电站178.6 t次之，SP2电缆进线43.2 t最小，各子项目热点结构差异显著。材料热点小节表明，110 kV XLPE电缆单体占31.8%（145.0 t），SF₆相关影响占27.1%（123.4 t），前五类物料合计占88.3%，混凝土与钢材列于缆与SF₆之后。绿色替代情景小节得出，S3无SF₆ GIS单次减排最强（75.2 t，16.5%，包级成本信号+3.5%），S1低碳混凝土减3.1%，S2再生钢减4.1%，S4组合降至355.8 t（减排21.9%，成本信号+7.2%）；S3碳效21.49 t CO₂e/每百分点成本最优。敏感性分析小节确认SF₆泄漏率单因素摆动最大（380.3–530.7 t），运距、钢回收率次之，混凝土因子与电力因子中等，缆铜含量因缆重结构而相关。

讨论部分总结，材料生产与含SF₆维护分别主导上游与B阶段，使输变电LCA不同于普通建筑；低碳选型须按热点而非泛绿标签，SF₆与电缆减量回报高于混凝土钢材边际改进；方法学上把BoQ作为主组织结构的价值在于子项目可追溯、多源因子按特异性分配、情景直击主导条目；管理上建议在工可阶段嵌碳指标、招标列电缆/GIS/混凝土/钢低碳性能、审批看全生命周期、建与工程量编码对齐的碳因子库。局限含单案例不可机械外推、跨源残差偏倚、成本为包级筛选非报价审计、多目标仅概念性离散比较、敏感性非概率区间、报废模块净抵扣未细究分配。

结论部分翻译浓缩：本文开发并应用了面向110 kV输变电迁改工程绿色建筑材料的基于过程的全生命周期碳评估框架，在一致A1–A3/A4/A5/B/C边界下量化阶段-子项目-材料贡献，引入跨源一致性校准。基线净足迹455.5 t CO₂e，材料生产占67.0%，运行维护32.3%；最大热点为110 kV XLPE电缆与SF₆相关影响，其次混凝土基础与结构钢；无SF₆开关柜单项减排最强，组合策略较基线降21.9%。核心结论是输变电工程低碳决策须由泛绿材宣称转向项目级全生命周期比对，方法主线在BoQ结构—清单转译—碳因子建模—多源匹配—离散碳成本决策显式连通，实践上应早识热点、采购类目对齐透明碳因子、减排与成本同评，为电力基建设计审查与低碳招标提供更可辩护依据。