节能变压器评价与促进机制探讨

/国际铜业协会（中国）张凌宇/

从市场增长方面看，受经济走势和固定投资放缓的影响，2011年中国配电变压器市场整体增速下滑至2.2%；至2013年，中国配电变压器市场重新恢复较快增长，原因不仅是因为电网投资恢复增长，而且与电网投资的重心向配网倾斜有关。

自2012年以来，配电变压器市场陆续推进了很多节能变压器政策，相继发布实施新版配电变压器节能认证规范（CQC31—461212—2012）和新版配电变压器能效标准（GB20052—2013），促进配电变压器技术标准体系中的额定损耗数值以及节能产品类型有了进一步发展和更多选择。国家相关管理部门亦为促进节能减排，将节能变压器推广作为其中一种重要手段，纳入到各项降损提效的工作当中。这其中还包括：节能减排“十二五”规划中对于变压器损耗降低的要求；在“节能产品惠民工程推广目录”中增加节能变压器为期一年的用户补贴（2012～2013）；工信部与行业开展的“配电变压器能效提升计划”课题（2013）；发改委和电网公司推进的电力需求侧管理与节能服务中持续开展的老旧变压器替换等。这一系列工作，对节能变压器标准、认知、推进、核证带来巨大的推动作用，为传统变压器行业技术发展带来广阔空间。

在对节能变压器市场需求充满乐观的同时，我们也发现，由于变压器运行工况及节能效果评价较为复杂，同时不同用户对投资收益评价和对成本认识还存在很多差异，节能变压器的发展因此面临诸多困境。为解决这种困境，不仅需要变压器行业自身应对，而且也需要上下游行业和用户的协同。因为变压器损耗的降低、性能的提升，除设计优化和技术保障外，也越发依赖于上游产业材料技术发展与供给，以及用户对设备管理和节能投资的意愿和评价。为此，更需要有持续的政策，引导市场建立对于资源使用、节能收益、核证评价的客观公正的管理和技术支撑体系，以促进节能变压器市场供需双方的良性互动，促使节能与成本管理有效的结合在一起，发挥节能变压器的经济与社会效益。

本文希望通过回顾近期标准政策影响下的节能配电变压器市场变化，探讨节能配电变压器推进中的经验与问题，尝试对落实节能变压器推进效果和机制建设提出一些建议，以充分利用良好的外部政策环境，共同促进节能变压器市场健康发展。

节能配电变压器市场情况综述

影响节能变压器市场发展的因素较多，如能源政策与产品技术标准引导、节能投入成本与收益预期、用户选择与节能量评估、监察核证等众多因素。经济环境与政府投资亦对整体市场中的节能市场份额产生影响。从市场增长方面看，受经济走势和固定投资放缓的影响，2011年中国配电变压器市场整体增速下滑至2.2%；至2013年，中国配电变压器市场重新恢复较快增长，原因不仅是因为电网投资恢复增长，而且与电网投资的重心向配网倾斜有关。在2013年新增配电变压器产量增速同比增长10%，约146万台（约6.68亿kVA，容量同比增速11.5%），配电变压器市场的年度新增产量如图1所示。

在整体市场中，受节能政策标准影响，不同损耗变压器的市场份额差别较大。根据新版配电变压器能效标准（GB20052—2013）对于节能变压器的定义（仅定义10kV三相配电变压器中的节能产品），除了非晶合金配电变压器保持稳定持续增长外（2013年10kV三相非晶合金变压器同比增长8.7%），其他二级和一级能效产品增长相对缓慢并受政策影响明显。2013年，由于高效节能配电变压器惠民工程的实施，许多大型配电变压器企业推出一级能效配电变压器。在惠民工程期间，一级能效10kV三相配电变压器（尤其是非晶合金变压器）获得较快的增长，2013年的一级能效配电变压器销售量约1573台。在惠民工程补贴政策结束后，一级能效配电变压器销量大幅回落。虽然补贴政策的促进效果明显，但是一级能效配电变压器的生产成本偏高，且很多厂商对于一级能效产品研发和推广准备时间不足，造成补贴政策停止后市场供需迅速回落，目前还是以推广时间较长的二级能效产品为主。其中10kV三相配电变压器二级能效产品2013年新增市场中的占比为11.9%，一级能效产品2013年新增市场中的占比为0.1%；新增市场还是以11系列和10系列为主，占比分别为57%和30%。从2008～2013年的新增市场，9系列持续减少，在2012年已基本消失。2008～2013年中国10kV三相配电变压器能效水平如图2所示。

在配电变压器节能潜力方面，因为2010年中国全社会用电量大幅增长，10kV三相配电变压器的耗电量也随着快速增加，同比增速15.1%；在2012年，用电量增速则放缓，10kV三相配电变压器的耗电量增速也降至5.7%；2013年，中国10kV三相配电变压器耗电量141.0TW·h，同比增加7.3%，占全国用电量的2.65%。

节能配电变压器发展中遇到的问题

在节能配电变压器推广中，最直接的制约因素是节能变压器成本，以及对成本范畴和投资收益的评价差异。在电力行业中，对于成本评价，已不断完善，建立了很多评价手段和方法。根据电力行业发布的配电变压器能效技术经济评价导则（DL/T985-2012）中提出的成本范畴和计算方法，将采购成本和后期运行费用之和作为产品使用期的综合费用进行评价，考虑了不同用户类型、变压器额定损耗、负载变化、无功损耗、电价、投资收益等技术和经济因素的影响，对节能变压器（主要针对10kV三相油浸和干式配电变压器）的选型、老旧变压器替换，提出了适合中国用户的综合成本计算方法，这种方法在标准中称之为“综合能效费用法”（也是TOC法）。这种方法的提出，是基于变压器使用寿命期长（设计寿命至少为20年），运行能耗远远超过了变压器采购支出这一实际情况。如果以20年使用年限为计，在变压器使用期的综合成本中，其中运行能耗成本占到75%，安装维护成本占5%，购买成本仅占20%。因此，降低配电变压器损耗，提升性能质量将有效的降低使用期的综合成本。另外，在变压器使用中，除产生损耗成本、维护成本，还潜在包含其他风险带来的成本，如事故或故障检修成本，可能带来很大损失。因此，对于节能变压器的评价前提首先是安全可靠，质量过硬。另外一个流行的成本评价，称作“全寿命周期成本分析”，是当前涵盖范围更广的一种方法。不仅考虑了设备投资与运行费用，还将维护、检修、事故风险成本、设备淘汰与回收利用的综合成本考虑在内。但是全寿命周期成本（或全寿命周期资产管理）还没有形成一套完整并能实施的标准体系，距离应用还有不少难度。

配电变压器最主要的用户还是电网公司，需求量占新增配电变压器市场近60%。在国家节能政策的要求和自身电网线损的考核下，节能变压器选择的主动性强于其他工业企业。对于其他工业企业，一方面很多在用变压器的型号范围不在节能变压器标准的规定范围内，享受不了相关鼓励政策，一方面，相比其他工艺和产品的改造技术，节能变压器初次投资较大，回收期长，除特定需要强制淘汰的老旧变压器和特殊高耗电行业外，节能变压器的采购计划并不是处于紧迫位置。

除了标准中定义了节能变压器外，运行中是否能够真正减少变压器电量损耗以及减少多少，需要根据负荷特点单独分析并以实际采集的数据进行节能量核证。尽管同样属于节能变压器范畴，但是只有在负载经济运行区间内，才能发挥节能变压器的作用。比如，非晶合金配电变压器在低负载率的场合（30%以下负载率）能够突出发挥其空载损耗低的特点，而配电变压器能效一级产品由于进一步降低了负载损耗，更适合于工业企业三班运转和65%以上负荷率的工况运行，产品才能发挥更大经济效益。判断变压器是否在经济运行区间，是判断节能效益的重要指标。在一些地区的节能监测规范中，除了变压器额定损耗和功率因数外，一般仅规定变压器负载率的下限，而没有对变压器经济运行区间进行测算和评价。在开展节能变压器节能服务和监测中，需要必要的电能表同时要保存电量的历史数据，以方便对节能变压器经济运行和节能效益的核证和评估。

在变压器制造企业层面，主要的问题不是担心节能变压器是否有市场，而是在用户确定节能产品范围和系列后，除少量具有品牌影响力和具备一定技术垄断性的企业，大量企业最后依然是以价格为最主要的竞争手段。在达到标准规范中要求的损耗数值之后，很多设计参数也必须根据不同性能材料做出调整，需要更多成本。因此变压器企业承担更多的价格压力，如果不能通过供应链管理、设计优化、技术创新降低成本，或者根据用户不同运行环境提供差异化产品，比如提供更好的安全与环保性，免维护，低噪音等性能产品或提供更好的性能保证或服务，则陷入产品的价格竞争，也无法保证产品质量，导致供需双方利益受损。除了控制成本、保障利润，在节能变压器的设计、生产技术环节还有很多需要关注的方面。在原材料供给上，节能变压器市场的快速发展带动了高牌号取向冷轧硅钢片与非晶合金带材的需求，因此，稳定的供应和稳定的原材料质量也同样是变压器市场健康发展的重要支持因素。另外，对于继续提升节能变压器综合性能（如继续降低非晶合金产品噪音等），探讨环氧树脂干式变压器的回收方式等方面，依然有很多发展空间。

节能配电变压器评价的几个方面

节能配电变压器评价的意义不仅是让用户了解什么是节能变压器，最重要的是在达到节能变压器预期的节能效果后，是否能同时满足用户的经济利益。

通过变压器产品型号编制方法（JB/T3837）和配电变压器能效标准（GB20052），可以直观了解不同系列配电变压器的损耗数值和节能配电变压器的评价值。其中，能效标准（GB20052）提供最基本的额定损耗的判定准则，这也是能否享受国家有关节能政策和节能监察的依据。我国目前通过对空载损耗和负载损耗的额定数值来定义节能变压器，部分国家定义损耗水平与我国相同，目前评价方法有三种：空载损耗和负载损耗法、总损耗法和效率方法。其中效率方法可以根据材料成本调整铜铁比例，具有一定的成本灵活性，而空负载损耗分开的方法则更注重于对产品损耗的监管，总损耗方法两者兼而有之。但无论是额定损耗，还是50%负载率下定义的效率，其数值仅代表出厂时此类变压器的损耗水平高低，并不代表实际运行效率。表1是各国能效标准（油浸式配电变压器）的定义情况。

表1 各国能效标准中对于油浸式配电变压器损耗（或效率）的定义

在我国配电变压器能效标准所规定的各项额定损耗数值中，将一级能效负载损耗进一步降低，扩大了不同类型用户的选择范围，更适合于高负载率的工业企业选择。空载损耗与负载损耗数值决定了不同系列变压器最佳的运行区间，从GB20052—2013可以了解能效三级10kV三相油浸式配电变压器的最佳效率点，能效三级产品运行的最佳效率点举例如表2所示。

表2 能效三级产品最优负载率举例

国内农网配电变压器的负荷率一直较低，多数变压器投运时年均负荷率在10%左右，随着居民用电负荷增长，变压器的负荷率逐年增加，替换时多数年均负荷率约为15%，少数可以到20%，这样更适合选择非晶合金变压器产品（或调容变压器）。城网中，居民区配电变压器的负荷率较低，投运时年均约为12%，替换时年均可达22%；办公楼和酒店的年均负荷率较高，替换时可到32%～40%。工业用户配电变压器年均负荷率较高，投运时一般在40%，替换时约为80%，这样选择能效一级的电工钢带类产品更加合适。不同用户类型下的负载率如表3所示。

表3 不同用户的负载率

节能变压器涵盖的产品类型很多，除了能效标准规定范围之外，单相变压器（运行方式较为节能）、调容变压器等都属于可以降低损耗的变压器。本文侧重在能效标准规定范围的产品评价，选择能效限定值的变压器，或是一级能效的变压器，都需要分析用户实际运行工况，才能实现最佳的节能效果。影响节能变压器评价的有很多因素，在符合各项技术标准，满足可靠性的前提下，选择不同系列的变压器，有几个要素将影响不同系列变压器的选择，这些要素包括：变压器预期使用年数、变压器的带电小时数（是否是季节性负荷）、变压器负载率、年度最大负载时的等效损耗时间、年度最大负载时的等效运行时间、功率因数、变压器采购价格、投资预期（投资收益率的期望）、变压器的额定损耗数值、电价与缴费方式等，具体评价方法可以参考配电变压器能效技术经济评价导则（DL/T985—2012）。除此之外，由于铜线变压器具有较高的残值（含可回收油、铁心、铜线等），考虑老旧变压器替代时，如将残值纳入考虑范围，则回收期可以极大缩短至1年左右。

在配电变压器能效技术经济评价导则（DL/T985—2012）中有这样一个案例，我们进一步分析这个案例中一些要素变化后对于评价结果的影响。

案例：某有色冶炼企业准备安装一台额定容量为1000kVA的油浸式变压器（Yyn0结线），在A、B、C、D四种型号的变压器中优选。变压器的年高峰负载率为0.8，经济使用期内不考虑负荷增长。变压器的相关参数如表4所示。

当前这四类方案的选择，结论是方案D和C的总成本接近，而方案D最优。对于工业企业，电价是选择评价非常重要的因素，如果将电价作为变量，单位电量电费从0.2元至1元进行变化模拟，可以发现，电价在0.37元时，虽然年有功电量损耗依然分别为50835kWh、46455kWh、43652kWh、40323kWh，但是从综合费用成本考虑，方案B的成本最低。在这种情况下，电价是选择节能变压器类型的决定因素。

如果这四类变压器，将方案A改为负载损耗降低的能效一级变压器（额定空载损耗为0.83kW、额定负载损耗为8.24kW），假设的购置费用为113000元，其他变量不变，则修改的方案A中年有功电量损耗为36376kWh，运行损耗最低；这时尽管电价降为0.37元，综合费用依然最低，结论不变。但是在变压器年高峰负载率降为50%的时候，方案D成为综合费用成本最低的最优选择。当然，结论的前提是选择的变压器运行了足够年数，而不是在运行几年后出现故障和问题，没有引起其他成本费用的变化。

通过上述案例的简易分析，可以看到，评估节能变压器，应该从三个方面进行考虑。第一，是标准角度，即符合能效标准和相关产品技术标准，是性能可靠的产品，这是基本原则；第二，是环境影响最小（运行能耗最低），即不仅有可以核证的节电量，所利用的资源（及材料）节约并能有效循环利用；第三，是综合能效费用最低，即体现节能变压器经济性和用户运行管理效益。

表4 案例中的技术参数和经济变量

节能变压器促进机制探讨

节能变压器的推进有其自身的内在需求，也有一定的外部政策引导，两者最后都归结于市场是否建立适合节能变压器发展的有效机制，即设定节能变压器的市场份额，不如设计出能够发挥电能利用效益的市场规则，以使节能变压器市场可以自我完善，理性发展。

在与推进节能变压器有关的政策手段中，有强制性淘汰政策、财税优惠和补贴政策、能效标准和节能认证制度、节能产品政府采购制度、节能监察制度等。这些政策手段，虽然能有效快速地拉动节能变压器的发展，但是行政色彩较为浓厚，会带来一些潜在的弊端。一方面，节能变压器过快的发展会带来原材料供应能力和工艺可靠性问题，导致一些企业的节能变压器相比较性能不够稳定；另外一方面，节能变压器的选择应该更具灵活性，这样使得节能变压器能够充分发挥节能效益，在政策覆盖外的能够带来节能效益的产品也应该获得产业的支持。为了能够推动节能变压器性能不断提高，同时促使用户对节能变压器选择评价的重视，建议丰富评价手段并进一步推进电力需求侧管理的电能数据服务平台建设。

在评价体系中，将环境资源使用成本、资源循环利用成本、能源电力价格、运行管理和维护成本反映并落实到用户的成本评价体系，形成围绕全寿命周期变压器资产管理为核心，涵盖电力缴费政策、采购政策、运行维护、替换更新决策和性能效率评估等内容的综合管理方法体系，引导用户能够以变压器寿命周期的资产回报和效益为考核评价指标，并引导变压器企业对于产品的全寿命周期下的性能设计并提升客服服务体系，促进产业各相关利益方共同分享节能变压器的效益，并形成差异化的、丰富的节能变压器市场。

在政府主导的电力需求侧电能数据服务平台下，加强配电系统的数据采集和分析，以变压器经济运行数据和真实的节电量为核证内容，完善系统检测、核证和评估能力，提升能源管理体系中配电系统的能效管理水平，通过科学的分析，形成节能变压器的科学选择决策。在形成可以核证的节能量效益后，进一步深化节能服务和节能融资市场，以配电系统改造支持节能变压器的选择和发展。

与其他节电设备一样，节能变压器只有协同全产业链的成本与质量管理、满足用户的安全可靠运行，才能更加稳步健康的发展。