用于110千伏、220千伏、500千伏的國產(chǎn)高壓電纜絕緣材料逐步實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，將使我國高壓電纜絕緣材料長期依賴進(jìn)口的局面得到顯著改善，為我國保障能源安全、助力“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)貢獻(xiàn)重要力量。


近日，中國石化所屬燕山石化110千伏電纜絕緣料掛纜示范工程正式啟動。該工程首次應(yīng)用自主研發(fā)生產(chǎn)的高壓電纜絕緣料，標(biāo)志著國產(chǎn)高等級絕緣新材料實現(xiàn)工業(yè)化示范應(yīng)用。


高壓電纜作為遠(yuǎn)距離電力輸送中的關(guān)鍵一環(huán)，絕緣材料在保障其安全運(yùn)行中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。高壓電纜絕緣材料國產(chǎn)化接連取得多項突破，并逐步實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，將使其長期依賴進(jìn)口的局面得到顯著改善，將為我國保障能源安全、助力“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)貢獻(xiàn)重要力量。



聯(lián)合攻關(guān)找到高壓絕緣材料“配方”


我國是全球第一大電纜制造國，但在高壓電纜絕緣材料制造領(lǐng)域，卻長期依賴進(jìn)口，年進(jìn)口量達(dá)10萬噸，嚴(yán)重制約了我國高端電力裝備的自主可控發(fā)展。


陳新認(rèn)為，此前阻礙高壓電纜絕緣材料國產(chǎn)化的主要困難來自于3個方面。首先，國內(nèi)用于制造高壓電纜絕緣材料的基礎(chǔ)原材料性能不足，“電氣性能比國外明顯要低，擊穿場強(qiáng)不到國外的60%，同時基礎(chǔ)原材料中雜質(zhì)含量高、流動穩(wěn)定性也較差。”其次，國內(nèi)對超高壓電纜材料的配方組分以及各個組分間相互作用的研究十分薄弱，并無研制超高壓電纜絕緣材料配方的經(jīng)驗可供參考。此外，不同配方的絕緣材料在從實驗室中的小批量試驗向工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)過渡中，性能可能會發(fā)生變化，保持放大后配方性能的工藝控制難度較高。


面對國外相關(guān)技術(shù)嚴(yán)密封鎖、國內(nèi)無相關(guān)經(jīng)驗需從零起步的情況，全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司牽頭，聯(lián)合國內(nèi)高校、制造廠商、科研院所開展多方協(xié)同攻關(guān)。項目組克服諸多困難，開展了仿真設(shè)計、材料研發(fā)、電纜制造、系統(tǒng)匹配、試驗評價等關(guān)鍵技術(shù)研究，先后解決了國產(chǎn)絕緣基料分子結(jié)構(gòu)調(diào)控優(yōu)化、多場作用下空間電荷和電導(dǎo)非線性抑制、電纜系統(tǒng)多層介質(zhì)界面絕緣電導(dǎo)匹配、大尺寸電纜擠出缺陷控制及擊穿尺寸厚度效應(yīng)抑制等多項技術(shù)難題。


研發(fā)絕緣材料，在實驗室里做出樣品只是第一步。如何走出實驗室，走向工業(yè)化大批量制備往往是關(guān)鍵所在。從以“克”為單位計算的實驗材料研發(fā)，到“百公斤級”的生產(chǎn)試驗，再到“噸級”的大規(guī)模生產(chǎn)，數(shù)量級別的變化，可能導(dǎo)致材料性能的不穩(wěn)定。為此，攻關(guān)團(tuán)隊協(xié)調(diào)制造企業(yè)、檢測單位等優(yōu)勢資源參與科研攻關(guān)，試制了上百噸材料樣品、數(shù)千米電纜樣纜，前后經(jīng)歷9次型式試驗，最終實現(xiàn)了絕緣材料、電纜系統(tǒng)不斷迭代優(yōu)化和性能穩(wěn)步提升，成功研制出320千伏、500千伏直流電纜絕緣材料，初步建立了國產(chǎn)高壓電纜絕緣材料的工藝配方。



國產(chǎn)絕緣材料市場潛力正在醞釀


雖然已成功破局，但國產(chǎn)絕緣材料仍有很長的路要走。陳新表示，目前我國高壓直流電纜絕緣材料在高溫耐電強(qiáng)度和高溫體積電阻率穩(wěn)定性方面與國外絕緣材料基本相當(dāng)，已可以滿足短距離500千伏陸地高壓直流電纜的制造需求。但其在長時間連續(xù)擠出等方面還與國外存在一定差距，“國外可以實現(xiàn)70—130噸的單次連續(xù)擠出，國內(nèi)還處于小于35噸的水平。”


但突破口已成功打開，市場潛力已在醞釀。據(jù)陳新估計，目前我國110千伏及以上高壓電纜絕緣材料的年進(jìn)口量近10萬噸，而相關(guān)電纜產(chǎn)值超1000億元。同時，國產(chǎn)產(chǎn)品在價格上還具有優(yōu)勢，如國產(chǎn)500千伏高壓電纜絕緣材料的價格僅為國外同類產(chǎn)品的約70%。高壓電纜產(chǎn)業(yè)鏈涉及石化基料、絕緣料復(fù)配、電纜擠出、試驗評價、安裝運(yùn)維等諸多上下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈長，如未來能實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的國產(chǎn)化，將對上下游產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生十分明顯的拉動作用。


如在發(fā)展迅速的海上風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，未來隨著“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)，該領(lǐng)域?qū)Ω邏弘娎|產(chǎn)生巨大需求。在當(dāng)下海上風(fēng)力發(fā)電量最大的歐洲，德國已規(guī)劃了640公里的±525千伏高壓直流輸電走廊；英國同樣規(guī)劃了總長超過3000公里的高壓直流輸電項目。而今年9月，位于江蘇如東的亞洲首條±400千伏直流海纜驗收試驗也順利完成，已具備送電投運(yùn)條件。未來，隨著東部沿海多項海上風(fēng)力發(fā)電項目的落成，我國有望成為世界第二大海上風(fēng)力發(fā)電國。


陳新表示，接下來國產(chǎn)高壓電纜絕緣材料將進(jìn)一步提升性能，尤其是大長度成纜性能，并著重研究海纜工廠軟接頭技術(shù)，開發(fā)大長度海纜絕緣材料和海纜系統(tǒng)。


TPE材料在絕緣電纜的市場將得到提升


電線電纜行業(yè)是TPE材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，用于電纜外被及絕緣層方面彈性體種類熱塑性彈性體的種類很多，用于電纜外被及絕緣層方面的主要有聚烯烴類熱塑性彈性體（TPO）、苯乙烯類熱塑性彈性體（SBC）、熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）、聚酯類熱塑性彈性體（TPEE）等。其中，由于TPO和SBC類極優(yōu)良的絕緣阻抗性能，所以用于電纜外被及絕緣層的較多；而TPU，TPEE一般用于電纜外被，而TPE材料確是兼具塑料和橡膠的特性，被譽(yù)為“第三代合成橡膠”。


在TPE材料中，SBS苯乙烯嵌段共聚物占有重要的地位，是目前世界上產(chǎn)量很大、發(fā)展很快的一種可替代PVC、軟硫化橡膠的環(huán)保熱塑性彈性體材料。TPE材料可取代PVC用作電線電纜的絕緣材料，目前應(yīng)用在低溫、耐老化及需要良好觸感的領(lǐng)域，特別是一些高檔電子消費(fèi)品領(lǐng)域，如數(shù)據(jù)線、耳機(jī)線、電子線、電源線、信號線等。


隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，高新技術(shù)不斷更新，產(chǎn)品向高層次發(fā)展，低煙無鹵電纜品種和數(shù)量將會逐漸增加，因此我們相信，低煙無鹵系列電線電纜熱塑性彈性體的市場占有率將會逐年增加，這是大勢所趨勢！TPE環(huán)保電纜將有力帶動電纜行業(yè)發(fā)展，提升電纜生產(chǎn)企業(yè)競爭力，并在綠色實踐和創(chuàng)新中，使電纜產(chǎn)業(yè)在可持續(xù)發(fā)展道路上越走越穩(wěn)。


目前，電線電纜行業(yè)都開始采用阻燃TPE，大多要求不含鹵素（鑒于鹵素的毒性，業(yè)內(nèi)多采用無鹵阻燃劑），我們相信隨著TPE材料在線纜行業(yè)的應(yīng)用拓展，PVC材料單價持續(xù)的上漲，TPE批量生產(chǎn)的性價比優(yōu)勢將更加明顯，可以預(yù)見，無鹵阻燃TPE材料的需求將進(jìn)一步加大。


耐火電纜需求增長


根據(jù)國際市場研究機(jī)構(gòu)Markets and Markets日前發(fā)布的報告，2021-2026年全球耐火電纜市場年復(fù)合增長率約為3.3%。預(yù)計到2026年，全球防火電纜有望達(dá)到24.1億美元！



隨著公眾提高對消防安全的認(rèn)識，工業(yè)化和城市化的快速步伐，以及全球各國政府對消防安全法規(guī)的實施，耐火電纜的需求將在預(yù)測期內(nèi)顯著增加。


從絕緣材料來看，交聯(lián)聚乙烯（XLPE）在2020年領(lǐng)跑耐火電纜市場，預(yù)計在預(yù)測期內(nèi)也將占據(jù)該市場最大的份額。高熱短路額定值、在全溫度范圍內(nèi)保持優(yōu)異的電氣性能、在高溫下抗熱變形、優(yōu)異的耐水性和低透水性、優(yōu)異的耐化學(xué)性、高耐久性和長使用壽命是推動XLPE細(xì)分市場的增長。


從應(yīng)用行業(yè)來看，預(yù)測期內(nèi)，建筑與施工將成為耐火電纜市場中最大的細(xì)分市場。大眾建筑安全意識的增強(qiáng)促進(jìn)對耐火電纜的需求增加。耐火電纜在幾乎所有商業(yè)和住宅建筑的配電中都有應(yīng)用。越來越多的建筑活動正在推動建筑和建筑行業(yè)的耐火電纜市場。


從市場區(qū)域來看，亞太地區(qū)預(yù)計將占耐火電纜市場的最大份額。在預(yù)測期內(nèi)，不斷增長的人口和快速的城市化是推動該地區(qū)行業(yè)擴(kuò)張的關(guān)鍵因素。電纜安裝方便，保持電路的可靠性，能承受高溫和火災(zāi)，確保人身安全。亞太地區(qū)國家不斷增長的建筑和汽車行業(yè)等正在推動該地區(qū)耐火電纜的需求。


近年來，各行業(yè)對電氣防火、高層建筑防火的重視程度不斷提升，防火類特種電纜已越來越廣泛地應(yīng)用于高層建筑、購物中心、星級酒店、醫(yī)院、劇場、會議中心、圖書館、博物館、政府機(jī)關(guān)、機(jī)場、高鐵站、地鐵、輕軌等人口密集、對防火要求較高的場所。未來，為進(jìn)一步切實保障人民財產(chǎn)安全，對防火類特種電纜的使用需求有望進(jìn)一步提升。

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