《科技日報》報道我院關于“造一款既耐高溫又低耗能的鋁合金導線”文章

發布日期:2017-03-20 信息來源:智研院本部

  3月16日《科技日報》第7版報道我院關于“造一款既耐高溫又低耗能的鋁合金導線”文章,具體內容如下: 

  造一款既耐高溫又低耗能的鋁合金導線

  

       自從200年前富蘭克林發現電,這種能源便伴隨著人類社會的進步和工業社會的發展,對于現代人來說,電能已然成為一種與生俱來的資源。

  但是,能源的消耗終究有個上限,從火力發電到水力發電再到核能發電,在滿足人們不斷增長的電能需求時,如何減能降耗也是當下人類應該積極思考的問題。

  節能技術有什么辦法嗎?

        勢在必行的技術革新

  未來,我國將全面建成以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強智能電網。在普通人的生活環境中,目力所及會看到高聳的塔桿支起穿越大半個中國的電路導線,實現“西電東送、南北互供”的全國聯網,并逐步建設全球能源互聯的智能運行控制和互動服務體系。這時,電能就在電網上飛馳、奔流、消耗。而且,為了滿足人們日益增長的電力需求,除了新建大容量輸電線路外,老線路的增容改造更需要能夠支撐長久的電網材料來保證舊城電力安全、可靠的供應。

  從整個電力行業看來,在現有線路走廊及設施條件下,以高導電率耐熱鋁合金導線更換目前應用的架空鋼芯鋁絞線,是增加線路傳輸容量和降低線損的有效途徑。

  可是,鋁合金的導電率與耐熱性及力學性能相互制約,在保證力學性能和耐熱性能的前提下提升鋁合金導線的導電率的難度極大,日本花了10年時間才把耐熱鋁合金導線的導電率由58%IACS提升到60%IACS,要研發一種具有導電率高、耐熱性能好的鋁合金導線并非易事。

  不斷實現的技術突破

  2012年,全球能源互聯網研究院、中南大學等科研機構組成團隊,針對提升輸電線路容量、提高輸送效率的技術需求,開展系統的合金設計和制備技術及工藝研究。

  項目立項之初,國內外無導電率為61%IACS的耐熱鋁合金導線的量產及工程應用實例,僅有關于日本利用99.85%以上高純工業鋁錠、采用復雜苛刻工藝制備的導電率為61%IACS的耐熱鋁合金單絲的報道,而且制備成本很高,難以實現工業化生產。

  在項目的研究中,整個項目組揭示了多種微合金化元素及加入量和加入方式對鋁合金導體材料綜合性能的影響規律,得到了滿足目標要求的導體材料的成分體系及優化的制備工藝。20161月 ,項目成果通過了中國電力企業聯合會組織的科技成果鑒定,以中國工程院院士謝建新為主任的鑒定委員會認為:“該研究成果的導電率指標(≥61%IACS)達到國際先進水平。”201612月,項目榮獲2016年度中國有色金屬工業科學技術獎一等獎。

  項目在理論創新方面,首先基于合金熱力學計算和實驗驗證,揭示了Al與微量ZrRe的相互作用機制及對性能的揚抑效應,發展了第二相組態對電工鋁合金材料宏觀性能的調控機理;同時,基于微合金化理論和創新成果,進行了鋁合金性能與成分及制備工藝的匹配性設計,獲得了綜合性能優良的鋁合金導體成分配方案和關鍵制備工藝參數,實現了61%IACS高導電率的耐熱鋁合金單絲(長期耐熱溫度150℃)及導線(長期耐熱溫度120℃)的成功制備;還有采用99.7wt.%的工業純鋁,通過AlBZrRE元素的合理配比和適量加入,使BRE產生凈化、變質及協同Zr的復合微合金化作用,實現了高導耐熱鋁合金導線的工業化生產,完成了61%IACS耐熱鋁合金導線的工程應用。

  據了解,這個項目共獲得授權國家發明專利5項,發表論文十余篇,其中SCI/EI論文9篇。

  廣闊而具體的應用前景

  在整個項目中,除了獲得基礎理論、試驗方法之外,還掌握了高導耐熱鋁合金導體材料及導線制備的核心技術,實現了鋁合金導線產品的工程應用。

  當前,項目研制的導電率為61%IACS的耐熱鋁合金導線已在遼寧、河南、云南等地增容改造線路工程中獲得應用,利用現有線路及桿塔設施更換導線產品即可實現線路輸送容量的提升,大大減少停電作業時間,降低工程造價和停電產生的間接經濟損失,線路運行至今狀態良好,有效保證了供電的安全可靠性。

  據統計,我國每年大約有3000億的導線用量,耐熱鋁合金導線的份額在數十億元左右。以我國全網每年耐熱鋁合金導線的用量5萬公里粗略估算,應用61%IACS耐熱鋁合金導線代替現役耐熱鋁合金導線,每年可減少輸電線路損耗約1.07×109 kWh,可減少二氧化碳排放約100t,按0.5/kWh電價計算,可節省電費將近5億多元,經濟環境效益顯著,應用前景廣闊。(高文)

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  全球能源互聯網研究院電工新材料研究所是國家電網公司專業進行電網新材料研究及推廣應用的科研單位,一直致力于導體材料、絕緣材料、磁性材料等輸變電工程新材料的科研開發和推廣應用工作,長期為我國電力基建與生產中出現的材料問題提供技術支持與保證,獲得國家電網公司科技進步獎多項,申請國家專利30余項。導體材料研發團隊,長期致力于高效節能輸電導體材料的研發及應用推廣,理論基礎扎實,科研力量雄厚,擁有良好的學術梯隊和先進的實驗設備,在電網用導體材料領域具備雄厚的研發實力。

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