摘要：为积极应对碳排放带来的全球气候变化问题，助力我国早日实现“碳达峰、碳中和”目标，推动电力行业绿色转型。本文探讨了变电站建筑生产建造阶段和设备运行过程中的碳排放，分析了变电站碳排放的计算方法。根据计算分析结果提出了变电站节能减排措施，通过设备降碳、供能替代、降低耗能和建筑节能，减少变电站的碳排放，达到节能减排的目标。本文的研究成果可为变电站的绿色转型提供参考。

关键词：碳中和;变电站;碳排放;节能减排

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1 引言

碳达峰、碳中和对全球来说既是一场能源革命，更是一场经济与社会革命[1]。我国是全球最大的发展中国家和碳排放国，正处在工业化和城镇化快速发展的阶段，经济增长快，用能需求大，以煤为主的能源体系和高碳的产业结构，使我国碳排放总量和强度呈现‘双高’[2]。因此，完善碳排放优化方案，服务于以新能源为主体的新型电力系统建设，促进能源绿色低碳发展，对我国的经济高质量发展具有重要意义[3]。同时，随着城市电网的不断发展，绿色环保型变电站已逐渐成为绿色电网建设的重要组成部分[4]。

对于建筑的碳排放量计算，已有学者建立了基于工程消耗量定额和施工机械碳排放因子的CO2排放量计算方法，并以商业建筑和学校建筑2个案例为对象对施工碳排放进行了研究[5]。今年，东南大学正式发布了全国第一款轻量化建筑碳排放计算分析软件[6]，标志着我国建筑碳排放计算已经迈入新的阶段。变电站除了在生产建造阶段会产生大量的碳排放，在设备的运行过程中也会产生较大的碳排放，利用光伏系统可以有效减少碳排放。我国光伏产业全球优势领先，发展新能源的基础好[7]， 上海石化示范性光伏电站成功并网发电，每年可减少碳排放341吨[8]，促进了绿色电网的发展。变电站的电力系统担负着越来越重的节能减排任务[9]，其中电气系统的能源消耗巨大[10]，采取合理的节能减排措施，对低碳环保的变电站建设具有重要的意义。

本文以国网通用设计变电站方案（110-A2-6）为例，探讨了变电站建筑生产建造阶段和设备运行过程中的碳排放，分析了变电站碳排放的计算方法。根据计算分析结果提出了变电站节能减排措施，通过设备降碳、供能替代、降低耗能和建筑节能，减少变电站的碳排放，达到节能减排的目标。

2 建筑生产建造阶段碳排放分析

2.1 计算方法说明

目前，我国已经颁布了《建筑碳排放计量标准》CECS374：2014和《建筑碳排放计算标准》GB/T51366-2019两份标准，对建筑的碳排放计算方法进行了规范。本文以国网通用设计方案（110-A2-6）为例，从建筑物的生产和建造阶段对碳排放进行计算，分别对钢结构和混凝土结构梁、柱的生产和建造阶段碳排放进行对比。因无规模完全一样的混凝土站和钢结构站，为了有效对比本计算采样数据对梁、柱截面进行适当简化，以便有效对比。

2.2 材料生产及运输阶段的碳排放计算

材料生产及运输阶段的碳排放应包含建筑主体结构、围护结构和填充体的生产及运输所产生的碳排放。实际上设备的生产和运输也会产生碳排，但由于设备制造过程的碳排放量无从考究，且其比重仅占到1%左右，相比其运行的碳排放量也是微乎其微。为了便于计算，因此不考虑设备生产和运输的碳排放量。建筑生产及运输过程中碳排放计算如式（1）、（2）所示：

（1）

式中：Csc为建筑生产阶段碳排放（kgCO2eq），

Mi为第i种主要建材的消耗量，Fi为第i种主要建材的碳排放因子（kgCO2eq/单位建材数量）。

（2）

式中：Cys为建材运输过程碳排放（kgCO2eq/m2），Mi为第i种主要建材的消耗量（t），Di为第i种建材的平均运输距离（km），Ti为第i种建材的运输方式下，单位重量运输距离的碳排放因子（kgCO2eq/t km）。

2.3 建筑建造階段的碳排放计算

建筑在建造阶段的碳排放主要包括施工机械的移动、使用、维护和工作人员办公和生活所产生的碳排放。由于施工阶段不可预见因素较多，因此要以主要检测数据或者能源缴费账单、工程建设财务报表等其他能反映能源消耗的材料，作为计算的依据。计算的时间边界从项目开工至竣工验收为止。

（3）

建筑建造阶段碳排放计算如式（3）所示，式中：CJZ为建筑建造过程碳排放总量，Ejzi为建筑建造过程第i种燃料动力总用量，Fi为第i中燃料动力的碳排放因子。其中Ejzi包括：分部分项工程建造能耗Efx及措施项目的能耗Ecs。而Ecs又包括脚手架、模板及支架和垂直运输、建筑物超高等可计算工程量的措施项目、降排水机械类别及其台班消耗量、临时设施（办公、生活）的能耗等。

2.4 不同结构选型碳排放

对建筑生命周期碳排放评价是一项相当复杂的过程，研究结果表明，在相同的条件下，钢结构建筑生命周期碳排放较少。因此在条件允许的情况下，应较多考虑钢结构是减少碳排放的有效措施。本次（110-A2-6）方案不同结构类型生产和建造阶段碳排放比较见下表1。

3设备运行过程中碳排放分析

3.1 变电站用电负荷

变电站站用电耗能可分为长期负荷、间续负荷、随机负荷三类，长期负荷构成的站用电能耗的主体，间续负荷导致站用电能耗的波动，随机负荷决定了站用电功率的最大值。

（1）长期负荷：指变电站正常运行过程中必须24小时不间断供电的负荷，如保护、测控、后台、计量设备等。

（2）间续负荷：指周期性启动的负荷，如空调、风机、加热设备等。

（3）随机负荷：指不定期短时启动的负荷，如断路器及刀闸的动作电机、消防泵等。

由于随机负荷持续时间短，实际能耗占比较小，因此采用屋顶光伏为主的清洁能源配套储能对长期负荷及间续负荷所需能耗进行替代。