未來,我國將全面建成以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。在普通人的生活環(huán)境中,目力所及會(huì)看到高聳的塔桿支起穿越大半個(gè)中國的電路導(dǎo)線,實(shí)現(xiàn)“西電東送、南北互供”的全國聯(lián)網(wǎng),并逐步建設(shè)全球能源互聯(lián)的智能運(yùn)行控制和互動(dòng)服務(wù)體系。這時(shí),電能就在電網(wǎng)上飛馳、奔流、消耗。而且,為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L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(wǎng)材料來保證舊城電力安全、可靠的供應(yīng)。
從整個(gè)電力行業(yè)看來,在現(xiàn)有線路走廊及設(shè)施條件下,以高導(dǎo)電率耐熱鋁合金導(dǎo)線更換目前應(yīng)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(dǎo)電率與耐熱性及力學(xué)性能相互制約,在保證力學(xué)性能和耐熱性能的前提下提升鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率的難度極大,日本花了10年時(shí)間才把耐熱鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率由58%IACS提升到60%IACS,要研發(fā)一種具有導(dǎo)電率高、耐熱性能好的鋁合金導(dǎo)線并非易事。
不斷實(shí)現(xiàn)的技術(shù)突破:項(xiàng)目立項(xiàng)之初,國內(nèi)外無導(dǎo)電率為61%IACS的耐熱鋁合金導(dǎo)線的量產(chǎn)及工程應(yīng)用實(shí)例,僅有關(guān)于日本利用99.85%以上高純工業(yè)鋁錠、采用復(fù)雜苛刻工藝制備的導(dǎo)電率為61%IACS的耐熱鋁合金單絲的報(bào)道,而且制備成本很高,難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
在項(xiàng)目的研究中,整個(gè)項(xiàng)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(dǎo)體材料綜合性能的影響規(guī)律,得到了滿足目標(biāo)要求的導(dǎo)體材料的成分體系及優(yōu)化的制備工藝。2016年1月,項(xiàng)目成果通過了中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)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(huì)認(rèn)為:“該研究成果的導(dǎo)電率指標(biāo)(≥61%IACS)達(dá)到國際先進(jìn)水平。”2016年12月,項(xiàng)目榮獲2016年度中國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
項(xiàng)目在理論創(chuàng)新方面,首先基于合金熱力學(xué)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,揭示了Al與微量Zr、Re的相互作用機(jī)制及對性能的揚(yáng)抑效應(yīng),發(fā)展了第二相組態(tài)對電工鋁合金材料宏觀性能的調(diào)控機(jī)理;同時(shí),基于微合金化理論和創(chuàng)新成果,進(jìn)行了鋁合金性能與成分及制備工藝的匹配性設(shè)計(jì),獲得了綜合性能優(yōu)良的鋁合金導(dǎo)體成分配方案和關(guān)鍵制備工藝參數(shù),實(shí)現(xiàn)了61%IACS高導(dǎo)電率的耐熱鋁合金單絲(長期耐熱溫度150℃)及導(dǎo)線(長期耐熱溫度120℃)的成功制備;還有采用99.7wt.%的工業(yè)純鋁,通過Al、B、Zr、RE元素的合理配比和適量加入,使B及RE產(chǎn)生凈化、變質(zhì)及協(xié)同Zr的復(fù)合微合金化作用,實(shí)現(xiàn)了高導(dǎo)耐熱鋁合金導(dǎo)線的工業(yè)化生產(chǎn),完成了61%IACS耐熱鋁合金導(dǎo)線的工程應(yīng)用。
廣闊而具體的應(yīng)用前景:在整個(gè)項(xiàng)目中,除了獲得基礎(chǔ)理論、試驗(yàn)方法之外,還掌握了高導(dǎo)耐熱鋁合金導(dǎo)體材料及導(dǎo)線制備的核心技術(shù),實(shí)現(xiàn)了鋁合金導(dǎo)線產(chǎn)品的工程應(yīng)用。 當(dāng)前,項(xiàng)目研制的導(dǎo)電率為61%IACS的耐熱鋁合金導(dǎo)線已在遼寧、河南、云南等地增容改造線路工程中獲得應(yīng)用,利用現(xiàn)有線路及桿塔設(shè)施更換導(dǎo)線產(chǎn)品即可實(shí)現(xiàn)線路輸送容量的提升,大大減少停電作業(yè)時(shí)間,降低工程造價(jià)和停電產(chǎn)生的間接經(jīng)濟(jì)損失,線路運(yùn)行至今狀態(tài)良好,有效保證了供電的安全可靠性。
據(jù)統(tǒng)計(jì),我國每年大約有3000億的導(dǎo)線用量,耐熱鋁合金導(dǎo)線的份額在數(shù)十億元左右。以我國全網(wǎng)每年耐熱鋁合金導(dǎo)線的用量5萬公里粗略估算,應(yīng)用61%IACS耐熱鋁合金導(dǎo)線代替現(xiàn)役耐熱鋁合金導(dǎo)線,每年可減少輸電線路損耗約1.07×109kWh,可減少二氧化碳排放約100萬t,按0.5元/kWh電價(jià)計(jì)算,可節(jié)省電費(fèi)將近5億多元,經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益顯著,應(yīng)用前景廣闊。
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