电缆运行阶段的碳足迹的确定方法、装置及可读存储介质

技术领域

本发明涉及电力电缆碳足迹核算领域，具体涉及电缆运行阶段的碳足迹的确定方法、装置及可读存储介质。

背景技术

碳足迹表示产品通过交通运输、生产以及各类生产过程等引起的温室气体排放的集合。碳足迹作为对抗气候变化的一个重要工具，能够清楚了解产品在整个生命周期的碳排放情况，对于后续的减少碳排放有着重要的作用。全生命周期评价方法是目前流行的碳足迹评价方法，涵盖了产品原材料生产、产品生产、产品运输、产品运行以及产品废弃或回收等各个阶段的温室气体排放。

随着碳足迹的概念大规模应用，对电力电缆的碳足迹评价受到了广泛关注。由于电力电缆的设计寿命往往在二十年以上，电力电缆运行阶段的损耗造成的碳排放量高达全生命周期碳足迹的90％以上。而在运行阶段，电力绝缘电缆的最高使用温度可高达120℃，导致电缆的载流量发生变化，但是电缆实际运行过程中很难对电缆的温度和载流量进行长期监测，则无法准确得到电缆运行阶段的碳足迹。

发明内容

基于此，本发明提供电缆运行阶段的碳足迹的确定方法、装置及可读存储介质，用于根据可测量的电缆参数和电缆运行状态参数获取电缆在运行阶段的碳足迹，并且利用电缆运行的平均载流量和上限温度状态下的最大载流量得到修正系数对碳足迹进行修正，得到精准的电缆与逆行阶段的碳足迹，能够为后续节能减排的环节提供准确的碳排放数据。

第一方面，本发明提供一种电缆运行阶段的碳足迹的确定方法，包括：

获取电缆参数、电缆运行状态参数、电缆运行时间、碳排放因子；

根据所述电缆参数和电缆运行状态参数得到电缆运行阶段的第一损耗功率、第二损耗功率和第三损耗功率；

根据所述电缆运行时间、碳排放因子、第一损耗功率、第二损耗功率和第三损耗功率得到电缆在运行阶段的第一碳足迹；

获取电缆在上限温度运行状态下的电缆热损耗参数信息，并根据所述电缆热损耗参数信息得到电缆在上限温度运行状态下的电缆最大载流量；

根据所述电缆运行状态参数中电缆运行的平均载流量和电缆最大载流量得到运行阶段碳足迹的修正系数；

根据所述修正系数对所述第一碳足迹进行修正处理，得到运行阶段的碳足迹。

其中，所述电缆参数包括电缆的导体电阻、电缆线芯与护套之间的电容、电缆介质损耗因数；

所述电缆运行状态参数包括电缆长期运行平均电流、电缆电压的角速度、对地电压、环流损耗因子和涡流损耗因子。

进一步的，所述根据所述电缆参数和电缆运行状态参数得到电缆运行阶段的第一损耗功率、第二损耗功率和第三损耗功率，具体为：

根据所述电缆长期运行平均电流和电缆导体电阻得到第一损耗功率；

根据所述电缆电压的角速度、电缆线芯与护套之间的电容、对地电压、电缆介质损耗因数得到第二损耗功率；

根据所述环流损耗因子、涡流损耗因子和所述第一损耗功率得到第三损耗功率。

第二方面，本发明还提供一种电缆运行阶段的碳足迹的确定装置，包括：

参数获取模块，用于获取电缆参数、电缆运行状态参数、电缆运行时间、碳排放因子；

功率计算模块，用于根据所述电缆参数和电缆运行状态参数得到电缆运行阶段的第一损耗功率、第二损耗功率和第三损耗功率；

第一碳足迹计算模块，根据所述电缆运行时间、碳排放因子、第一损耗功率、第二损耗功率和第三损耗功率得到电缆在运行阶段的第一碳足迹；

最大载流量获取模块，用于获取电缆在上限温度运行状态下的电缆热损耗参数信息，并根据所述电缆热损耗参数信息得到电缆在上限温度运行状态下的电缆最大载流量；

修正系数计算模块，用于根据所述电缆运行状态参数中电缆运行的平均载流量和电缆最大载流量得到运行阶段碳足迹的修正系数；

碳足迹修正模块，用于根据所述修正系数对所述第一碳足迹进行修正处理，得到运行阶段的碳足迹。

第三方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面中任一项电缆运行阶段的碳足迹的确定方法的步骤。

采用上述技术方案的有益效果为：根据可测量的电缆参数和电缆运行状态参数获取电缆在运行阶段的碳足迹，并且利用电缆运行的平均载流量和上限温度状态下的最大载流量得到修正系数对碳足迹进行修正，得到精准的电缆运行阶段的碳足迹，能够为后续节能减排的环节提供准确的碳排放数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请一个实施例中电缆运行阶段的碳足迹的确定方法示意图；

图2为本申请一个实施例中电缆全生命周期的各个阶段示意图；

图3为本申请一个实施例中聚丙烯电缆与交联聚乙烯电缆尺寸参数的示意图；

图4为本申请一个实施例中聚丙烯电缆与交联聚乙烯电缆参数的示意图；

图5为本申请一个实施例中聚丙烯电缆与交联聚乙烯电缆全生命周期各阶段碳足迹的示意图；

图6为本申请一个实施例中聚丙烯电缆与交联聚乙烯电缆全生命周期各阶段碳足迹的柱状图；

图7为本申请一个实施例中电缆运行阶段的碳足迹的确定装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为了更详细说明本发明，下面结合附图对本发明提供的电缆运行阶段的碳足迹的确定方法、装置及可读存储介质，进行具体的描述。

“碳足迹”又称为“生态足迹”，即以生态生产性土地面积表示人类生活消费活动造成的生态影响。某种产品或服务的碳足迹就是该产品在全生命周期过程中产生和排放的二氧化碳等温室气体的总量。碳足迹的量化过程也称为碳排放核算过程，是有效开展各项碳减排工作、促进经济绿色转型的基本前提，是企业积极参与应对气候变化的重要支撑。

电力电缆作为我国经济建设的配套产业，广泛应用于国民经济的各个领域，是现代经济和社会正常运转的保障，因此对于电力电缆的碳足迹量化过程，对于社会碳中和目标以及节能减排都具有重要意义。

生命周期评价是对产品从开始到结束的全部过程，包括但不限于原材料生产、产品生产、产品运输、产品运行以及产品废弃或回收过程中所产生的碳排放总和。而电力电缆的使用寿命较长，因此电力电缆在运行阶段的损耗造成的碳排放量达到了电力电缆全生命周期碳足迹的90％以上。对此为了更好地电力电缆部分开展节能减排的计划，需要得到电力电缆在运行阶段的准确碳足迹。

对此，本发明实施例提供了一种电缆运行阶段的碳足迹的确定方法，以该方法应用于终端设备为例进行说明，结合附图1示出的电缆运行阶段的碳足迹的确定方法示意图。

本申请实施例提供了电缆运行阶段的碳足迹的确定方法的应用场景，该应用场景包括实施例提供的终端设备，所述终端设备包括但不限于智能手机和计算机设备，其中计算机设备可以是台式计算机、便携式计算机、膝上型计算机、大型计算机、平板电脑等设备中的至少一种。用户对所述终端设备进行操作，得到电缆运行阶段的碳足迹，具体过程请参见电缆运行阶段的碳足迹的确定方法实施例。

步骤S101：获取电缆参数、电缆运行状态参数、电缆运行时间、碳排放因子。

其中，所述电缆参数包括电缆的导体电阻、电缆线芯与护套之间的电容、电缆介质损耗因数；所述电缆运行状态参数包括电缆运行的平均载流量、电缆电压的角速度、对地电压、环流损耗因子和涡流损耗因子。

电缆中的主要介质包括绝缘材料和屏蔽材料。电缆介质损耗因数是衡量电缆介质对电磁波传播的影响程度的一个参数，主要取决于介质的频率、温度和湿度。

电缆运行的平均载流量是根据电缆运行的长期载流量的平均值。电缆电压的角速度为电缆电压的圆频率。对地电压是指电缆发生接地故障时，接地设备的外壳、接地线和接地体中任意一种与零电位点之间的电位差，其中大地被设定为零电位点。电缆环流损耗因子是指电缆在电流信号变换的过程中通过电缆传输能量的损耗比例，电缆涡流耗损因子是指电缆因为电磁感应作用在导体内感生的电流对于电缆传输能量的损耗比例。

碳排放因子是指单位电量的碳排放水平，可通过碳排放因子数据库中查询得到。

步骤S102：根据所述电缆参数和电缆运行状态参数得到电缆运行阶段的第一损耗功率、第二损耗功率和第三损耗功率。

其中，根据所述电缆参数和电缆运行状态参数得到电缆运行阶段的第一损耗功率、第二损耗功率和第三损耗功率，具体为：

步骤S201：根据所述电缆运行的平均载流量和电缆导体电阻得到第一损耗功率。第一损耗功率又可记为电缆导体损耗功率，具体表达式为：

其中，P

步骤S202：根据所述电缆电压的角速度、电缆线芯与护套之间的电容、对地电压、电缆介质损耗因数得到第二损耗功率。第二损耗功率又可记为电缆介电损耗功率，具体表达式为：

其中，P

步骤S203：根据所述环流损耗因子、涡流损耗因子和所述第一损耗功率得到第三损耗功率。第三损耗功率又称为电缆金属护套损耗功率，具体表达式为：

P

其中，P

步骤S103：根据所述电缆运行时间、碳排放因子、第一损耗功率、第二损耗功率和第三损耗功率得到电缆在运行阶段的第一碳足迹。

其中，此处的第一碳足迹是指单位长度电缆在运行阶段的碳足迹，所述第一碳足迹的具体表达式为：

CF

其中，CF

步骤S104：获取电缆在上限温度运行状态下的电缆热损耗参数信息，并根据所述电缆热损耗参数信息得到电缆在上限温度运行状态下的电缆最大载流量。

具体的，根据电缆的正常运行温度范围，取正常运行温度范围的最大值作为上限温度，并获取电缆在所述上限温度运行状态下的电缆载流量，该电缆载流量也记为电缆最大载流量。电流最大载流量是根据电缆热损耗参数信息计算得到的。

其中，所述电缆在上限温度运行状态下的电缆热损耗参数信息包括电缆导体温度与环境温度之间的第一温度差、上限温度运行状态下的电缆导体交流电阻、电缆中载流导体数量、电缆的绝缘介质损耗、电缆的第一损耗因数、电缆的第二损耗因数、第一热阻、第二热阻、第三热阻和第四热阻。

电缆的第一损耗因数为电缆金属护套和屏蔽层之间的损耗因数，电缆的第二损耗因数为电缆金属铠装层的损耗因数，电缆的第一热阻为电缆导体与金属护套之间绝缘层的热阻，电缆的第二热阻为电缆金属护套与铠装层之间衬垫层的热阻，电缆的第三热阻为电缆外护层的热阻，电缆的第四热阻为电缆表面与周围环境之间的热阻。

电缆最大载流量的具体计算依据可参见国际电工委员会发布的IEC 60287-1-1:2014的标准文件，具体表达式为：

其中，I

步骤S105：根据所述电缆运行状态参数中电缆运行的平均载流量和电缆最大载流量得到运行阶段碳足迹的修正系数。

由于电缆最大载流量具有数据可靠性，可根据电缆运行的平均载流量和电缆最大载流量之间的差异对测量数据计算得到的电缆运行阶段的第一碳足迹进行偏差值的修正，修正系数的具体表达式为：

其中，k为修正系数，I

步骤S106：根据所述修正系数对所述第一碳足迹进行修正处理，得到运行阶段的碳足迹。

其中，运行阶段的碳足迹的具体表达式为：

CF

其中，CF

进一步的，可根据修正处理得到的运行阶段的碳足迹，得到电缆全生命周期的碳足迹总量，电缆全生命周期的各个阶段可参见附图2。

具体地，将获取的原材料生产阶段的第二碳足迹、电缆生产阶段的第三碳足迹、电缆运输阶段的第四碳足迹、电缆寿终阶段的碳排放量以及电缆运行阶段的碳足迹的确定方法得到的运行阶段的碳足迹进行叠加，得到电缆全生命周期的碳足迹总量，电缆全生命周期的碳足迹总量为：

CF

其中，CF

本发明实施例的电缆运行阶段的碳足迹的确定方法，根据可测量的电缆参数和电缆运行状态参数获取电缆在运行阶段的碳足迹，并且利用电缆运行的平均载流量和上限温度状态下的最大载流量得到修正系数对碳足迹进行修正，得到精准的电缆运行阶段的碳足迹，能够为后续节能减排的环节提供准确的碳排放数据。

为了更直接说明电缆运行阶段的碳足迹准确计算的作用，以电力电缆常用的某型号110kV聚丙烯电缆(可记为PP)和某型号交联聚乙烯电缆(可记为XLPE)为对象，上述电缆的具体尺寸信息可参见附图3，分别计算聚丙烯电缆和交联聚乙烯电缆在运行阶段的碳足迹，并比较两款电缆在运行阶段和全生命周期的碳足迹。

在本示例中，电缆的生命周期包括原材料生产阶段、电缆生产阶段、电缆运输阶段、电缆运行阶段和电缆寿终阶段。电缆碳足迹的功能单元为110kV电缆在30年设计寿命内1km长度的输电总量。

其中，电缆运行阶段包括电缆在正常寿命使用过程中产生的第一损耗功率、第二损耗功率和第三损耗功率，利用电缆运行的平均载流量和电缆最大载流量的比例作为运行阶段的修正系数对第一碳足迹进行修正，分别得到聚丙烯电缆和交联聚乙烯电缆在运行阶段的碳足迹，具体数据及计算结果可参见附图4及附图5。

原材料生产阶段包括所有材料(例如金属和绝缘材料)的获取过程，根据某制造商在2021年生产的聚丙烯电缆和交联聚乙烯电缆1km的实际消耗统计得到原材料生产阶段的第二碳足迹，具体计算结果可参见附图5。

电缆生产阶段包括电缆系统中每个主要部件的制造、测试和连接。根据某制造商收集的电缆生产阶段的能耗数据，聚丙烯电缆在电缆生产阶段的第三碳足迹为3073kgCO

电缆运输阶段主要包括材料供应商与电缆制造商之间的原材料运输阶段和电缆制造商与作业现场之间的电缆运输阶段，具体的电缆运输阶段的第四碳足迹可参见附图5。

电缆寿终阶段是指可回收材料，例如铜、铝或聚丙烯聚合物，从结束使用寿命的电缆中提取或分解的阶段。在本实例中，考虑二次材料和一次材料之间的碳排放差异，以抵消原材料提取和精炼阶段的碳排放，具体的电缆寿终阶段的碳排放量可参见附图5。

综上，可得到聚丙烯电缆与交联聚乙烯电缆在运行阶段以及全生命周期的碳足迹，可参见附图6，并由此对两者从碳排放量方面进行比较，可为后续节能减排前提下电缆布局中对电缆材料的选择提供参考。

应该理解的是，虽然附图1的流程图中各个步骤按照箭头额定指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以按其他的顺序执行。而且附图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者子阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

上述本发明公开的实施例中详细描述了电缆运行阶段的碳足迹的确定方法，对于本发明公开的上述方法可以采用多种形式的设备实现，因此本发明还公开了对应上述方法的电缆运行阶段的碳足迹的确定装置，结合附图7，下面给出具体的实施例进行详细说明。

参数获取模块701，用于获取电缆参数、电缆运行状态参数、电缆运行时间、碳排放因子。

功率计算模块702，用于根据所述电缆参数和电缆运行状态参数得到电缆运行阶段的第一损耗功率、第二损耗功率和第三损耗功率。

第一碳足迹计算模块703，根据所述电缆运行时间、碳排放因子、第一损耗功率、第二损耗功率和第三损耗功率得到电缆在运行阶段的第一碳足迹。

最大载流量获取模块704，用于获取电缆在上限温度运行状态下的电缆热损耗参数信息，并根据所述电缆热损耗参数信息得到电缆在上限温度运行状态下的电缆最大载流量。

修正系数计算模块705，用于根据所述电缆运行状态参数中电缆运行的平均载流量和电缆最大载流量得到运行阶段碳足迹的修正系数。

碳足迹修正模块706，用于根据所述修正系数对所述第一碳足迹进行修正处理，得到运行阶段的碳足迹。

关于电缆运行阶段的碳足迹的确定装置可全部参见上文对于方法的限定，在此不再赘述。上述装置中的各个模块可全部或者部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以以硬件形式内嵌于或者独立于终端设备的处理器中，也可以以软件形式存储于终端设备的存储器中，以便处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述电缆运行阶段的碳足迹的确定方法的步骤。

所述计算机可读存储介质可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编只读程存储器)、EPROM(可擦除可编只读程存储器)、硬盘或者ROM之类的电子存储器。可选的，计算机可读存储介质包括非瞬时性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storagemedium)。计算机可读存储介质具有执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码的存储空间。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入这一个或者多个计算机程序产品中，所述程序代码可以以适当形式进行压缩。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。