电线电缆产品生态设计应用研究.doc

电线电缆产品生态设计应用研究张进 特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司 山东 泰安271200【摘要】资源、环境、人口是当今人类社会面临的三大主要问题，特别是环境问题，正在对人类社会生存与发展造成严重威胁。据统计，造成环境污染的排放物有70%以上来自制造业，它们每年产生大量的无害和有害废物。随着全球环境问题的日益恶化 ,迫使人们对环境问题的研究愈来愈重视。环境问题已构成 21世纪人类生存和发展所面临的重大挑战。生态设计是从源头对产品进行“生态治理”的最为有效的途径和方法之一，而电线电缆产品生态设计在国内刚刚起步，政府部门已颁布有关规定，在大中型建筑或公共场所禁止使用非环保型电缆，这更加要求加快对电线电缆产品的生态设计研究。本文通过对两种电线电缆产品生态设计实例研究，对产品生态设计前后风险与收益进行分析对比，产品生态设计后的经济效益、环境效益明显提高，进而改善企业社会效益，为在电线电缆行业推广产品生态设计提供了理论依据和应用价值，也为电线电缆产品提高国际竞争力提供技术支持。【关键词】生态设计；生命周期；电线电缆1引言1.1 生态设计的基本概念产品设计是一个将人的某种目的或需要转变为一个具体的物理形式或工具的过程。传统的产品设计理论与方法是以人为中心 ,以满足人的需求和解决问题为出发点,而无视后续产品生产及使用过程中的资源和能源的消耗,以及对生态环境的影响。生态设计就是针对传统设计的这种不足而提出的一种全新的设计理念。由于它是一种主动方法，将防止污染、保护资源的战略集成到产品开发中的,同时实现生态效益和经济性，因此从它诞生之日起就受到学术界和工业界的普遍认同 ,并且愈来愈受到重视。生态设计不同于传统设计，生态设计包含产品从概念形成到生产制造、使用乃至废弃后的回收、重用及处理处置的各个阶段，即涉及产品整个生命周期，是从“摇篮到坟墓”的过程。也就是说，要从根本上防止污染，节约资源和能源，不能等产品产生了不良的环境后果再采取防治措施（现行的末端处理即是如此），要预先设法防止产品及工艺对环境产生的负作用。概括起来，可以给生态设计这样一个定义：生态设计是这样一种设计，即在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性（自然资源的利用、环境影响及可拆卸性、可回收性、可重复利用性等），并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，并行地考虑并保证产品应有的基本功能、使用寿命、经济性和质量等。生态设计ED（Ecological Design），也称为绿色设计GD（Green Design）、环境设计DFE（DesignForEnvironment）、生命周期设计LCD（LifeCycleDesign）或环境意识设计ECD（EnvironmentalConsciousDesign）等，虽然叫法不同，但其内涵大体一致，其基本思想是在设计阶段就周密考虑环境因素和预防污染的措施，将环境性能作为产品设计的目标和出发点，力求产品对环境的影响为最小。1.2生态设计与传统设计之间的联系生态设计和传统设计都是根据企业的实际情况和计划目标，通过市场调查和分析，综合运用企业的现有资源，开发符合市场需求并能给企业带来经济效益的产品的创新活动。在这一过程中，均需要成立专门的设计队伍，并首先了解企业的现有资源和企业所面临的市场，在企业管理人员的领导和其他部门人员的配合下，在足够的研究经费支持下，运用设计人员的专业知识和经验，设计出具有实际用途，拥有潜在市场和用户，质量可靠，外型美观，功能稳定的新产品。但是生态设计强调考虑产品可能带来的环境问题，并把对环境问题的关注与传统的设计过程相结合。在这一过程中，产品发展过程的基本结构并未因考虑环境因素而发生改变，但要求设计人员在传统的设计过程中增加对产品环境影响的评估，要求新的设计能够减轻产品的环境影响。因此，需要设计人员收集各类与所设计产品有关的环境信息，从中筛选出可利用的有益信息，并把对这些信息的理解体现在新产品的设计之中。在生态设计过程中，设计人员经常会碰到如何使产品在满足环境要求和其他要求之间进行选择的困境，如在原材料的选择过程中是选择可以最大限度降低环境影响的材料，还是选择具有实用性但对环境保护不利的材料。而传统设计过程中，设计人员往往不需考虑这些问题。生态设计需要全员参与，要求所有员工都能意识到环境问题的重要性，并把对环境问题的关注付于实践，往往与清洁生产一同进行。1.3生态设计产品生命周期理论产品生命周期 (Product Life Cycle) :不仅是经济术语,而且涉及环境、技术、经济、社会等多个领域,它是指产品从自然中来到自然中去的全过程,即产品“从摇篮到坟墓”(Cradle-to-grave)的整个生命周期各阶段的总和,包括了产品从自然中获取最初资源和能源，经过设计、开采、冶炼、加工、再加工等生产过程形成最终产品,又经过产品贮运、销售、消费、使用等过程，直至产品报废和处置，从而构成了一个物质转化的生命周期。在产品生命周期中，环境既是起点又是终点，同时各阶段均会对它产生影响。生命周期管理是一种基于生命周期的生态管理。与全面质量管理方式类似，将环境考虑融入整个产品及工艺设计中，在产品生命周期的各阶段上实施环境控制。生命周期管理方法在保护环境方面比传统方法更有控制力,它避免了“末端控制”方式的低效率。因为在丢弃阶段对环境影响小的产品，在其生命周期其他阶段的环境影响可能是很大的(如纸张),只有在生命周期的全过程上进行管理控制，才能真正起到控制作用。生命周期管理采用“从摇篮到坟墓”的控制方法，使不良环境影响达到最小，这种控制方法已经逐渐成为各国实施可持续发展战略的重要措施。1.4生态设计的重要性生态设计的出现不是偶然的，从来自企业内部和外部各种因素都说明了进行生态设计的重要性和必要性。企业所面临的外部环境的变化要求企业改变传统的生产战略，进行生态设计。企业外部因素包括：（1）环境问题的恶化：由于忽视对自然资源的保护，生态环境日趋恶化，臭氧层破坏、全球气候变暖、酸雨、森林和沼泽地破坏、水质富氧化、烟雾、有毒和有害固体垃圾等环境问题正困扰着人类4，而这些环境问题大多数来自工业；（2）来自政府的压力：环境问题的恶化促使各国政府制定更为严格的环境保护法规，发达国家的环保标准更为严格，并设置了相应的绿色贸易壁垒，这就会迫使企业摒弃以牺牲环境为代价的发展方式并积极参加到改善环境质量的各项活动之中；（3）来自公众的压力：世界上环保团体越来越多，公众对环境问题日益强烈的关注使得企业必须承担保护环境的责任，改善环境绩效，这就要求企业开展生态设计，生产符合环保要求和满足环境友好消费模式的产品；。（4）市场压力：一些企业通过成功实行环境策略而降低成本并树立了绿色形象，这就给与其竞争的企业带来很大的压力。另外，企业内部具有的内在动机也促使企业实施生态设计战略，这包括：（1）管理人员的责任意识：随着社会对环境问题的关注，企业管理人员日益面临着保护环境的道义上的责任，这要求他们和产品开发人员一起制定企业的可持续发展战略，通过实施生态设计战略实现环境和经济的双赢。（2）提高产品质量的需要：实践证明，产品的环境影响和产品的耐久性、可靠性、功能性和可修复性一样重要，并成为衡量产品质量的一个指标。生态设计可以帮助企业生产出比竞争对手更具优势的高质量产品，并更好地满足顾客的需求。（3）降低成本的需要：通过开展生态设计，可以减少对原材料的使用降低企业成本；同时，减少废物的排放，尤其是有害废物的排放，可以减少企业的排污费用，降低废物处理成本；在生产过程中提高能源效率，循环使用水及其他物料等措施也会进一步降低企业的生产成本。（4）提高公司和产品形象的需要：通过实施生态设计战略，开展绿色宣传，进行绿色营销，把公司对环境问题的关注和其产品具有的环境质量与市场结合起来，符合目前公众绿色消费的需要，并可树立企业关注环保的绿色形象。2电线电缆产品生态设计国内外研究现状2.1电线电缆产品生态设计国外研究现状常规的电线电缆是相当严重的污染源，其在制造、使用及废弃处理时会产生大量的二恶英、铅、卤等公害。近年来，欧洲、美国及日本对与电线有关的公害十分重视，其政府不仅对电缆制造过程的排放物进行严格的限制，而且对报废电缆的处理实施全面的监控，迫使电缆厂商用符合环保要求的材料取代传统材料，制造环保型电缆或所称“清洁电缆”。环保型电缆的特征是13：不含有卤素，燃烧时不产生有害气体；不含有铅等重金属，不含环境激素，不污染土壤；燃烧时发烟量少；具有与目前聚烯烃电缆相同的阻燃性能；不产生腐蚀性气体；耐热温度提高，容许载流量增大：可以重复利用；在欧美日等发达国家，各种类型、各种用途的电缆，如高低压电力电缆、控制电缆、通信电缆、船用电缆、车辆用电缆、高频同轴电缆、市话电缆、仪表用电缆、建筑用分支电缆、光缆，以及环保型电缆配套的包带、接头、终端等都已广泛使用环保型产品，非环保型电缆在这些领域的销售份额已所剩无几。2.2电线电缆产品生态设计国内研究现状我国电线电缆产品在生态设计方面刚刚起步，政府部门及地方机构已做出有关规定：国标GBl6487.9-1996进口废物环境保护控制标准废电线电缆规定：进口废电线电缆中，铅及其化合物的废物不得超过进口废电线电缆重量的万分之一。我国最近颁布了若干行业标准：在这些标准中，与环保有关的指标并不低于国外的同类标准。1998年3月，北京市供电局颁文，在所辖系统禁用PVC电缆。2002年6月，北京市政府向同际奥委会承诺：2008年奥运村将全部采用环保型建筑材料，非环保型电缆不可能获得任何机会。2002年10月，上海市建委规定：在大中型建筑或公共场所，不应使用PVC等非环保型电缆。目前，上海和北京已禁止使用PVC等非环保型电缆，铁道、通讯等部门也已颁布了有关的规定，在以后的几年中，我国建筑、交运、通讯部门和所有大中型城市的供电部门，将全面禁用非环保型电缆。由此可以看出，产品生态设计在电线电缆行业可以进行进一步研究和应用，尤其在节能、原材料选择以及产品的最后处理等方面进一步探索生态设计中的关键技术，增强生态设计的可操做性，为企业可持续性发展提供新的思路。3生态设计的理论意义和应用价值3. 1生态设计的理论意义联合国环境与发展委员会在其报告我们共同的未来中把可持续发展定义为“满足当代人的要求而不损害未来各代人需要的发展”。一般来说，环境影响来自自然资源的过度消耗和污染物向空气、水体和土地的排放。最近，寿命终结与处置问题已受到更多关注。欧洲立法例如“德国回收法”的出现已迫使制造商越来越多的思考如何通过再循环和重复利用来适当地处置其产品和把产品生命周期末端问题作为一项现实要求纳入设计过程，这些因素促使一家家公司和组织变得对环境更负责任从而进行产品的重新设计生态设计。近几年来，国内外学者开始对产品生态设计理论进行研究，但研究的内容主要集中在对产品生命周期分析的研究和对绿色供应链管理中的绿色营销和绿色生产的研究，对产品生态设计模型与方法也有一定的研究。本文通过对产品生态设计理论应用研究，结合电线电缆产品特点，形成一套适合电线电缆产品生命周期分析方法，完善产品生态设计理论应用的研究。3. 2生态设计的应用价值产品生态设计的出现是可持续发展思想在全球得到共识与普及的结果，尤其是产业生态学的兴起，将带来一场新的产业革命，不但改变传统的产品生产模式，也将改变现有的消费模式。目前，国内外许多大公司都在开展产品生态设计，日本藤仓等电缆公司在开发了环保型电缆之后，为了垄断市场，积极推动政府颁布环保型电缆标准。近年来，环保型电缆的销售份额急剧扩大，普通的电缆或阻燃电缆根本无法与其竞争，建筑行业、尤其是政府项目，已明令禁用普通电缆，完全采用环保型电缆。有关环境的法律和法规越来越多,环境因素日益成为企业管理决策的重要约束条件,如果忽视这一约束条件的存在,企业的生存与发展将存在障碍。1997年,国际标准化组织正式颁布的ISO14000标准系列,为企业的环境行为提出了明确的标准和规范,成为指导企业可持续发展的一个重要标准。通过对电线电缆产品生态设计理论应用研究，从产品设计的源头抓起，首先强调上下游企业的绿色供应链的战略合作伙伴关系，加强与上游供应商在环保方面的合作关系，同时考虑下游企业的环境和质量要求，帮助企业走出“末端治理”的误区；其次，在产品生产、使用或运行、以及产品的最后处理过程中，注意材料和能源的投入及产出，进行环境平衡和生态分析，降低企业和整个社会的内部和外部环境成本。在此基础上，总结经验，吸取教训，在电线电缆行业内推广生态设计，为电线电缆产品提升国际竞争力提供决策支持。4电线电缆产品生态设计实例分析4.1电线电缆行业及企业简介4.1.1电线电缆行业基本情况介绍电线电缆是输送电能、传递信息和制造各种电机、电器、仪表所不可缺少的基础器材，是未来电气化、信息化社会中必要的基础产品。它有五大类产品：裸线、电气装备用电线电缆、电力电缆、通信电缆与光缆、绕组线。二十世纪九十年代，我国电线电缆行业得到高速发展。八十年代末电线电缆行业产值占国民经济总产值的0.88，到1998年电线电缆产值占国民经济总产值1。随着国民经济的不断发展，电线电缆行业逐步形成了以下特点：电线电缆企业数量多而规模小，国有企业在行业中已不占主导地位。1988年上海电缆研究所进行行业调查时，国有企业占整个行业产值的48，而到1999年国有企业产值只占全行业的13，集体企业、股份制企业以及外商及港、澳、台投资企业占全行业的74，由此可以看到新兴企业已在行业中占主导地位。行业产品结构有所变化。绕组线、电气装备用电线电缆所占比例有所下降，裸电线、电力电缆、通信电缆比例有所上升，裸电线、电力电缆、通信电缆所占比例由42上升到62，这与我国电力及通信事业迅速发展，促使电力电缆、裸电线及通信电缆大量需求有关，预计今后这种趋势仍将继续。我国电线电缆行业正处在一个发展阶段，在我国提出了加快中西部地区的开发之后，特别是加大基础实施的建设，交通、能源、通信以及住宅、汽车、家电的发展给电线电缆带来新的机遇。依此预测，我国电线电缆销售量将以89速度增长，而且“十五”后期增长幅度将比前期为快。4.1.2 国内外电线电缆行业状况对比中国的电线电缆企业与国外先进企业相比，在管理水平、工艺水平、技术含量、产品质量等方面还有很大差距。设备利用率低。我国电线电缆设备平均利用率在30左右。按工业先进国家观点，设备利用率在70是正常的。行业劳动生产率低。尽管20世纪8090年代大量引进设备，使行业劳动生产率大幅度提高，但是与国外的差距仍很大。1998年，我国电线电缆行业人均销售额仅是日本同行的12.93。也就是说一个日本电线电缆职工的效率是中国的8倍，而1990年则高达 45倍。 产品结构不合理。我国裸线、电气装备用电线电缆、电力电缆、通信电缆与光缆、绕组线这五类产品的生产量大体上分别占电线电缆总产量的18、19、22、31和10。而发达国家，如美国，则为10、10、49、13和18。可以看出，我国电线电缆产品中，技术含量低的产品（如裸电线）比重过大，而技术含量高的产品（如光缆）比重过小，产品结构不合理。材料投入产出率低。我国企业在生产过程中，材料消耗浪费很严重，使得投入产出率很低。在国家二级企业标准中，铜利用率仅为89，铝为92，与国际上通常的9597相差甚远。 管理落后、生产周期长。我国电线电缆行业20世纪90年代的流动资金周转次数不到2次，远远低于国外的911次。市场意识有待进一步增强。目前行业许多企业，特别是国有大中型企业仅仅从生产导向转变到销售导向，尚未做到市场导向。国外大企业都在市场开发上投入大量的人力、物力，突出市场导向作用。4.1.3电线电缆行业面临的机遇和挑战中国是一个发展中国家，电缆的经济增长往往是相当或略高于GDP的增长速度，“十五”期间，国民经济仍将保持较高的增长速度。作为中国经济两大支柱产业之一的电力工业将保持相应的增长，“十五”期间，累计电网投资超过5000亿元，从电网投资结构来看，城网和农网投资将达到3000亿元，跨区联网投资为15002000亿元，这与电线电缆行业密切相关。在未来五年内，中国的电网建设不但城市和农村的电网改造将得以继续，而且将进行各大区电网的互连工程、三峡建设和西电东送工程。电网建设中的输变电工程将以高新技术、高质量来解决高压输送和长距离输送，特别提出环境影响、安全保护等方面的课题，这给裸电线、电力电缆生态设计等产品带来了很大的发展机会。但是，目前国外许多大公司如：比瑞利公司、耐克森公司等已把眼光瞄向我国电缆市场，将给这一市场带来了很大的冲击。耐克森中国区总裁戴麟博士表示，5年之内，耐克森在亚洲地区的销售额占其集团销售额的比例将大幅度上升。同时，由于国内电线电缆生产厂家过多，众多企业采取价格竞争的手段，打起价格战，电线电缆产品购销价格主要参考国家机械工业局发布的2000年版电线电缆产品出厂价格目录（红本价），有的企业甚至在红本价下浮50投标报价，这种恶性竞争导致产品价格一降再降，企业很难有什么利润。更由于电线电缆的原材料成本约占生产成本的80，铜、铝、塑橡绝缘和护套等材料又占原材料成本的大头，这就更加要求电线电缆企业在如何节约原材料、设计有特色的产品等方面下功夫。4.1.4特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司简介特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司的前身是山东电缆厂，始建于1966年，国家大型一档企业，1996年被国务院确立为全国首批300户重点国有企业。特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司由特变电工股份有限公司和山东鲁能泰山电缆股份有限公司实施强强联合组建而成。公司每年生产裸导线10000吨，电力电缆6000公里（其中低压电力电缆4000公里），控制电缆3000公里，产品商标“泰山”牌，主要产品为1-220kV交联电缆、塑力缆、控制电缆、1-35KV架空电缆、裸电线、分支电缆、电器装备用电线电缆、矿用电缆、阻燃电缆、耐火电缆、低烟无卤阻燃耐火电缆等六大类，400多个型号，20000多种规格。公司下一步发展目标是在三年或更短的时间内争做全国电线电缆行业综合实力第一，成为国内具有良好成长性的绩优上市公司。计划到2007年，企业年产值超过50亿元，年销售收入超过50亿元，年利润达到4亿元。4.2钢芯铝绞线、聚氯乙烯绝缘电力电缆生态设计下面以特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司提供的资料，根据产品生命周期理论，对钢芯铝绞线、聚氯乙烯绝缘电力电缆提出生态设计实施方案。首先，成立生态设计项目组，由总工程师直接负责，成员由技术人员、环境管理办公室人员、采购人员和营销人员组成，再从产品生产工艺流程出发，对钢芯铝绞线、聚氯乙烯绝缘电力电缆整个生命周期过程中的环境影响的清单进行分析，最后，对其环境影响进行评估，通过对产品生态设计前后风险与收益的分析，得出产品实施生态设计后的结论。4.2.1钢芯铝绞线生态设计钢芯铝绞线属于裸电线类，是指没有绝缘、没有护层的导电线材与钢芯线材绞制而成，主要用于远距离架空线路的电能传输。由于长距离传输电能，线路的电能损耗是一大性能指标，而我国幅员辽阔，能源分布极不均衡，特别是西部大开发及环境保护问题，对长距离输电线路用钢芯铝绞线的电能损耗性能指标提出了更高要求。（1）钢芯铝绞线的生产工艺流程铝 锭铝单线铝 杆成品包装入库钢 芯图 4.1 钢芯铝绞线生产工艺流程图Figure4.1 the process flow chart of aluminum conductor steel-reinforced（2）钢芯铝绞线生命周期过程清单分析清单分析是对产品整个生命周期使用材料、设备与能源以及相应排放废物的清单进行分析，钢芯铝绞线生命周期过程的清单分析见表4.1。表 4.1 钢芯铝绞线生命周期过程清单分析Table4.1 list analysis of the lifecycle process about aluminum conductor steel-reinforced过程使用材料使用设备使用能源三废排放制造铝锭加工铝矿石铝锭提炼设备油废渣和烟尘符合其行业标准要求铝杆轧制铝锭熔铝炉保温炉轧机煤电能电能废品率1. 8%煤渣煤尘浓度200mg/m3，二氧化硫排放浓度1430 mg/m3，烟气黑度林格曼1级拉丝铝杆拉丝机电能铝尘悬浮浓度0.29 mg/m3（年平均）绞制铝单线钢芯绞线机电能铝尘悬浮浓度0.29 mg/m3（年平均）分销铁木工装运输车汽油汽车尾气符合标准要求产品使用使用性能：载流量（以LGJ630/45为例）：1025A用电设备电能可忽略产品生命终结可忽略运输车（运往回收场所）汽油汽车尾气符合标准要求固体废弃物（废铝）数据来源：由特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司提供（3）钢芯铝绞线生态设计前后环境影响评估 首先对钢芯铝绞线生产过程中的环境因素进行识别，将熔铝炉燃煤烟气排放、拉丝机和绞线机产生的铝尘和节约原材料作为重要环境因素，在产品生态设计中欲以考虑，实施方案如下：将熔铝燃煤炉改造成熔铝燃油炉，全部消除熔铝炉燃煤烟尘、烟气的排放，并设置燃油烟气过滤装置，铝杆废品率由1.8%减到0.9%，投资约需20万元。将拉丝机和绞线机由开放式改成封闭式，减少铝尘悬浮浓度，由0.29 mg/m3减到0.18 mg/m3（年平均），投资约需100万元 。在轧制铝杆过程中，在原材料中添加铝镐合金，每吨铝添加约12公斤的铝镐合金（铝镐合金42000元/吨），导线工作温度可以由70提高到150，载流量提高为原有载流量的1.6倍。通过上述设计和改造，表4.2列出产品生态设计前后环境效益和经济效益的变化。表 4.2 生态设计对环境效益和经济效益的影响分析Table4.2 the analysis of the ED effects on environment benefit and economical benefit生态设计前生态设计后环境效益变化经济效益变化使用材料铝锭铝锭铝镐合金载流量提高为原有载流量的1.6倍，在使用相同的载流量条件下，导体使用材料减少。添加铝镐合金，每吨成本提高约504元，导体截面减少30%-40%（根据截面不同，材料节约量不同）使用设备开放式拉丝机和绞线机封闭式拉丝机和绞线机减少铝尘悬浮浓度由0.29 mg/m3减到0.18 mg/m3（年平均）投资约100万元使用能源燃煤熔铝炉燃油熔铝炉设置燃油烟气过滤装置无煤渣消除熔铝炉燃煤烟尘、烟气的排放投资约20万元废品率由1.8%降到0.9%能耗及材料利用率成本1）2）由245元/吨降到155元/吨注：1）燃煤熔铝炉耗煤300公斤/吨（煤价约0.2元/公斤）、耗电能100度/吨（电价约0.5元/度），0.9%的废品铝价值约135元/吨（铝锭价格约15000元/吨）。 2）燃油熔铝炉耗油72公斤/吨（油价约2元/公斤）、耗电能30度/吨（电价约0.5元/度）。数据来源：由特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司提供（4）钢芯铝绞线生态设计的风险与收益分析通过在相同传输容量下，对不同导线的过载能力进行比较，选出钢芯铝绞线生态设计前后不同的截面。以双回路220kV的线路为例,载流量通常是2390.881.15899安培。考虑N-1(2-1)原则,线路过载流量应是B=2A2899=1798安培。我们按照正常运行时载流量为899安培，经济电流密度不大于1.15A/mm2，过载时载流量不小于1798安培的原则，生态设计前后两种导线确定相应的型号、导体截面、钢芯截面为：LGJ-630/45、NRLHGJ-400/35。对其生态设计前后使用的材料、使用的能源和新增设备分摊的费用进行比较（未对比部分认为相同），计算公式如下：材料费用=使用材料数量（吨）材料单价（元/吨） （4-1）能源费用=使用材料数量（吨）能耗单价（元/吨） （4-2）新增设备分摊费用=使用材料数量（吨）（4-3）根据公式4-1、4-2、4-3进行计算，具体数值见表4.3。表 4.3 生态设计前后材料、能源和新增设备分摊费用比较Table4.3 the comparison of fees about materials、energy and newly-increased equipment apportionment before and after ED成本方案材料费用1）能源费用2）新增设备分摊费用3）总 计生态设计前(型号：LGJ630/45， 以每公里用量为例)铝锭用量：1.72226吨铝锭费用：25833.9元钢芯用量：0.33774吨钢芯费用： 1553.6元421.9元无27809.4元生态设计后(型号：NRLHGJ400/35，以每公里用量为例)铝锭用量：1.07976吨铝锭费用：16196.4元钢芯用量：0.26924吨钢芯费用： 1238.5元铝镐合金费用：544.2元167.4元4.3元18150.8元节约费用9408.4元254.5-4.3元9658.6元注：1）铝锭单价15000元/吨，钢芯单价4600元/吨，每吨铝锭使用铝镐合金费用504元/吨。2）能耗单价245元/吨，生态设计后能耗单价155元/吨。3）闭式拉丝机和绞线机折旧年限30年，年产量10000吨。数据来源：由特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司提供由表4.3中数据可知，在相同传输容量条件下，钢芯铝绞线在完成生态设计后，每公里架空导线可节约铝锭0.6425吨，节约钢芯0.0685吨，节约能源费用254.5元。根据技术经济评价理论，我们将钢芯铝绞线生态设计前后两种产品的未来经营情况分为成功、一般、失败三种情况，按其发生的概率，对生态设计前后的净利润进行期望值计算。该公司钢芯铝绞线年生产能力10000吨，公司生产经营成功、一般、失败发生的预测概率为0.3、0.4、0.3，产量为10000吨、8000吨、5000吨；生态设计前老产品净利润约为500元/吨（根据红本价），生态设计后新产品预测净利润为3000元/吨，用户对新产品的接受率在这三种生产经营情况下，预测其产量占各自总产量比例的20%、10%、0%，即：2000吨、800吨、0吨，其余产量仍生产老产品，新老产品合计净利润要扣除新增设备投资额120万元，计算公式为：生态设计前净利润=产量500元/吨 （4-4）生态设计后净利润=新产品产量3000元/吨+老产品产量500元/吨-120万元 （4-5）根据公式4-4、4-5进行计算，钢芯铝绞线生态设计前后发生的概率和预测的净利润见表4.4。表 4.4 概率分布和预测的净利润Table4.4 probability distribution and net profit predicted经营情况发生概率Pi生态设计前净利润Ki（万元）生态设计后预测净利润Ki（万元）成功0.3500880一般0.4400480失败0.3250130合计1.0投资的风险可以通过收益期望值来衡量，收益期望值越大，说明风险越小。净利润期望值= （4-6）计算公式：式中：Pi-第i种结果出现的概率；Ki-第i种结果出现后的预测利润；N-所有可能结果的数目。根据公式4-6进行计算：生态设计前净利润期望值=0.3500+0.4400+0.3250=385万元生态设计后预测净利润期望值=0.3880+0.4480+0.3130=495万元通过上述计算对比，可以得出生态设计后预测净利润期望值大于生态设计前净利润期望值，说明对钢芯铝绞线进行生态设计的投资风险很小，应该大力提倡对钢芯铝绞线实施生态设计。4.2.2聚氯乙烯绝缘电力电缆生态设计电力电缆和架空导线在电力系统中都是用于传送和分配电能的线路中。在一些特殊情况下，电力电缆能完成架空导线不易或无法完成的任务，如：跨越大江、大河或海峡的输电，以及直接将超高压线路引进城市和工业区中心等。聚氯乙烯绝缘电力电缆是电力电缆中的一种，它受气候条件和周围环境影响小，一般埋设于土壤中或敷设于室内、沟道、隧道中。随着人类对环境保护意识的提高，人们对聚氯乙烯绝缘、护套材料的使用提出了质疑。（1）聚氯乙烯绝缘电力电缆的生产工艺流程铜 板铜单线导电线芯铜 杆绝缘线芯 挤制护套铠 装三芯成缆、绕包成品包装入库图4.2 聚氯乙烯绝缘电力电缆生产工艺流程图Figure4.2 the process flow chart of polyvinyl chloride insulated power cable（2）聚氯乙烯绝缘电力电缆生命周期过程清单分析清单分析是对产品整个生命周期使用材料、设备与能源以及相应排放废物的清单进行分析，聚氯乙烯绝缘电力电缆生命周期过程的清单分析见表4.5。（3）聚氯乙烯绝缘电力电缆生态设计前后环境影响评估 首先对聚氯乙烯绝缘电力电缆产品生产过程中的环境因素进行识别，将材料聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套的替代和节约铜杆轧制能源作为重要环境因素在生态设计中欲以考虑，实施方案如下：用温水交联绝缘代替聚氯乙烯绝缘，用阻燃聚烯烃护套代替聚氯乙烯护套，全部消除氯化氢气体排放和铅及铅化合物析出，电缆工作温度由70提高到90，载流量提高为原有载流量的1.35倍。将上引法无氧铜杆生产线进行改造，由上引法无氧铜杆生产线直接轧制8铜杆，不需要冷轧机，轧制铜杆的能耗由780度/吨降至450度/吨，投资约需30万元 。通过上述设计和改造，表4.6列出产品生态设计前后环境效益变化和经济效益变化。表 4.5 聚氯乙烯绝缘电力电缆生命周期过程清单分析Table4.5 list analysis of the lifecycle process about polyvinyl chloride insulated power cable过程使用材料使用设备使用能源三废排放制造铜板加工铜矿石石英砂奥托昆普闪速炉重油废渣和烟尘符合其行业标准要求上引20铸杆铜板上引法无氧铜杆生产线电能能耗450度/吨可忽略轧制8铜杆20铸杆冷轧机电能能耗330度/吨铜尘悬浮浓度0.16 mg/m3（年平均）拉丝8铜杆拉丝机电能铜尘悬浮浓度0.16 mg/m3（年平均）绞制铜单线绞线机电能铜尘悬浮浓度0.16 mg/m3（年平均）绝缘挤制聚氯乙烯挤出机电能氯化氢铅化合物成缆聚丙烯填充绳无纺布绕包带成缆机电能可忽略铠装钢带铠装机电能可忽略护套挤制聚氯乙烯挤出机电能氯化氢铅化合物分销铁木工装运输车汽油汽车尾气符合标准要求产品使用使用性能：载流量(以VV22-0.6/1 3240 为例)：335A用电设备电能氯化氢铅及铅化合物发生火灾时，形成浓密黑色烟雾。氯化氢一氧化碳产品生命终结可忽略运输车（运往回场所）汽油汽车尾气符合标准要求固体废弃物（废电缆）数据来源：由特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司提供表 4.6 生态设计对环境效益和经济效益的影响分析Table4.6 the analysis of the ED effects on environment benefit and economical benefit生态设计前生态设计后环境效益变化经济效益变化使用材料聚氯乙烯绝缘料聚氯乙烯护套料温水交联绝缘料阻燃聚烯烃护套料无氯化氢气体排放和铅及铅化合物析出，绝缘料耐温等级由70提高到90，载流量提高为原有载流量的1.35倍，在使用相同的载流量条件下，导体使用材料减少。投资设备约70万元温水交联绝缘料比聚氯乙烯绝缘料贵8000元/吨2）阻燃聚烯烃护套比聚氯乙烯护套料贵18000元/吨2）所用导体截面减少20%-30%（根据截面不同，材料节约量不同）2）使用设备上引法无氧铜杆生产线冷轧机上引法无氧铜杆生产线轧制8铜杆的能耗由780度/吨降至450度/吨投资约需30万元能耗成本1）由390元/吨降到225元/吨注：1）电能价格约0.5元/度。2）温水交联绝缘料价格约16000元/吨，聚氯乙烯绝缘料、护套料价格约8000元/吨，阻燃聚烯烃护套料价格约26000元/吨，铜板价格约17000元/吨数据来源：由特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司提供（4）聚氯乙烯绝缘电力电缆生态设计的风险与收益分析在相同的载流量（如：载流量335A）条件下，以电压等级为0.6/1k的线路为例,，生态设计前需选用型号和规格为VV22-0.6/1 3240mm2的聚氯乙烯绝缘电力电缆，为了减少对生态环境的影响，在满足载流量的条件下，选择对环境影响小的温水交联绝缘料和阻燃聚烯烃护套料对现用的绝缘、护套材料进行替换，由于温水交联绝缘料的耐温等级的提高，由70提高到90，从而提高了单位导体的载流量，经过生态生计后的导体截面可选择3185mm2。对其生态设计前后使用的材料、使用的能源和新增设备分摊的费用进行比较（未对比部分认为相同），根据公式4-1、4-2、4-3进行计算，具体数值见表4.7。表 4.7 生态设计前后材料、能源和新增设备分摊费用比较Table4.7 the comparison of fees about materials、energy and newly-increased equipment apportionment before and after ED成本方案材料费用1）能源费用2）新增设备分摊费用总 计生态设计前(VV22-0.6/1 3*240 以每公里用量为例)铜板用量：6.2751吨铜板费用：106676.7元绝缘用量：0.7014吨绝缘费用： 5611.2元护套用量：0.6071吨护套费用： 4856.8元2447.3元无119592.0元生态设计后(YJV22 0.6/1 3*185 以每公里用量为例)铜板用量：4.8806吨铜板费用：82970.2元绝缘用量：0.30972吨绝缘费用： 4955.5元护套用量：0.48195吨护套费用： 12530.7元1098.1元14.9元101569.4元节约费用16688.3元1349.2元-14.9元18022.6元注：1）铜板单价17000元/吨，聚氯乙烯绝缘料、聚氯乙烯护套料单价8000元/吨，温水交联绝缘料单价16000元/吨、阻燃聚烯烃护套料单价26000元/吨。2）生态设计前能耗单价390元/吨，生态设计后能耗单价225元/吨。3）温水交联挤出设备折旧年限30年，年产量5000公里，改造后上引法无氧铜杆生产线折旧年限20年，年产量7000吨。数据来源：由特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司提供由表4.7中数据可知，在相同传输容量条件下，聚氯乙烯绝缘电力电缆在完成生态设计后，每公里电缆可节约铜板1.3945吨，节约能源费用1349.2元，绝缘材料和护套材料由于使用原料的不同，用量也相对减少。根据技术经济评价理论，我们将聚氯乙烯绝缘电力电缆生态设计前后两种产品的未来经营情况分为成功、一般、失败三种情况，按其发生的概率，对生态设计