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


近日，中國(guó)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(dòng)。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(guó)產(chǎn)高等級(jí)絕緣新材料實(shí)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(guó)產(chǎn)化接連取得多項(xiàng)突破，并逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，將使其長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口的局面得到顯著改善，將為我國(guó)保障能源安全、助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)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(guó)是全球第一大電纜制造國(guó)，但在高壓電纜絕緣材料制造領(lǐng)域，卻長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口，年進(jìn)口量達(dá)10萬(wàn)噸，嚴(yán)重制約了我國(guó)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(guó)產(chǎn)化的主要困難來(lái)自于3個(gè)方面。首先，國(guó)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(guó)外明顯要低，擊穿場(chǎng)強(qiáng)不到國(guó)外的60%，同時(shí)基礎(chǔ)原材料中雜質(zhì)含量高、流動(dòng)穩(wěn)定性也較差。”其次，國(guó)內(nèi)對(duì)超高壓電纜材料的配方組分以及各個(gè)組分間相互作用的研究十分薄弱，并無(wú)研制超高壓電纜絕緣材料配方的經(jīng)驗(yàn)可供參考。此外，不同配方的絕緣材料在從實(shí)驗(yàn)室中的小批量試驗(yàn)向工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)渡中，性能可能會(huì)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(duì)國(guó)外相關(guān)技術(shù)嚴(yán)密封鎖、國(guó)內(nèi)無(wú)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)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(guó)內(nèi)高校、制造廠(chǎng)商、科研院所開(kāi)展多方協(xié)同攻關(guān)。項(xiàng)目組克服諸多困難，開(kāi)展了仿真設(shè)計(jì)、材料研發(fā)、電纜制造、系統(tǒng)匹配、試驗(yàn)評(píng)價(jià)等關(guān)鍵技術(shù)研究，先后解決了國(guó)產(chǎn)絕緣基料分子結(jié)構(gòu)調(diào)控優(yōu)化、多場(chǎng)作用下空間電荷和電導(dǎo)非線(xiàn)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(xiàng)技術(shù)難題。


研發(fā)絕緣材料，在實(shí)驗(yàn)室里做出樣品只是第一步。如何走出實(shí)驗(yàn)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(jì)算的實(shí)驗(yàn)材料研發(fā)，到“百公斤級(jí)”的生產(chǎn)試驗(yàn)，再到“噸級(jí)”的大規(guī)模生產(chǎn)，數(shù)量級(jí)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(duì)協(xié)調(diào)制造企業(yè)、檢測(cè)單位等優(yōu)勢(shì)資源參與科研攻關(guān)，試制了上百?lài)嵅牧蠘悠贰?shù)千米電纜樣纜，前后經(jīng)歷9次型式試驗(yàn)，最終實(shí)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(guó)產(chǎn)高壓電纜絕緣材料的工藝配方。



國(guó)產(chǎn)絕緣材料市場(chǎng)潛力正在醞釀


雖然已成功破局，但國(guó)產(chǎn)絕緣材料仍有很長(zhǎng)的路要走。陳新表示，目前我國(guó)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(guó)外絕緣材料基本相當(dāng)，已可以滿(mǎn)足短距離500千伏陸地高壓直流電纜的制造需求。但其在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)擠出等方面還與國(guó)外存在一定差距，“國(guó)外可以實(shí)現(xiàn)70—130噸的單次連續(xù)擠出，國(guó)內(nèi)還處于小于35噸的水平。”


但突破口已成功打開(kāi)，市場(chǎng)潛力已在醞釀。據(jù)陳新估計(jì)，目前我國(guó)110千伏及以上高壓電纜絕緣材料的年進(jìn)口量近10萬(wàn)噸，而相關(guān)電纜產(chǎn)值超1000億元。同時(shí)，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品在價(jià)格上還具有優(yōu)勢(shì)，如國(guó)產(chǎn)500千伏高壓電纜絕緣材料的價(jià)格僅為國(guó)外同類(lèi)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(yàn)評(píng)價(jià)、安裝運(yùn)維等諸多上下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，如未來(lái)能實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的國(guó)產(chǎn)化，將對(duì)上下游產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生十分明顯的拉動(dòng)作用。


如在發(fā)展迅速的海上風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，未來(lái)隨著“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)，該領(lǐng)域?qū)?duì)高壓電纜產(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(guó)已規(guī)劃了640公里的±525千伏高壓直流輸電走廊；英國(guó)同樣規(guī)劃了總長(zhǎng)超過(guò)3000公里的高壓直流輸電項(xiàng)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(yàn)收試驗(yàn)也順利完成，已具備送電投運(yùn)條件。未來(lái)，隨著東部沿海多項(xiàng)海上風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的落成，我國(guó)有望成為世界第二大海上風(fēng)力發(fā)電國(guó)。


陳新表示，接下來(lái)國(guó)產(chǎn)高壓電纜絕緣材料將進(jìn)一步提升性能，尤其是大長(zhǎng)度成纜性能，并著重研究海纜工廠(chǎng)軟接頭技術(shù)，開(kāi)發(fā)大長(zhǎng)度海纜絕緣材料和海纜系統(tǒng)。


TPE材料在絕緣電纜的市場(chǎng)將得到提升


電線(xiàn)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(lèi)熱塑性彈性體的種類(lèi)很多，用于電纜外被及絕緣層方面的主要有聚烯烴類(lèi)熱塑性彈性體（TPO）、苯乙烯類(lèi)熱塑性彈性體（SBC）、熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）、聚酯類(lèi)熱塑性彈性體（TPEE）等。其中，由于TPO和SBC類(lèi)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(xiàn)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(xiàn)、耳機(jī)線(xiàn)、電子線(xiàn)、電源線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)等。


隨著我國(guó)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(wú)鹵電纜品種和數(shù)量將會(huì)逐漸增加，因此我們相信，低煙無(wú)鹵系列電線(xiàn)電纜熱塑性彈性體的市場(chǎng)占有率將會(huì)逐年增加，這是大勢(shì)所趨勢(shì)！TPE環(huán)保電纜將有力帶動(dòng)電纜行業(yè)發(fā)展，提升電纜生產(chǎn)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，并在綠色實(shí)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(xiàn)電纜行業(yè)都開(kāi)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(wú)鹵阻燃劑），我們相信隨著TPE材料在線(xiàn)纜行業(yè)的應(yīng)用拓展，PVC材料單價(jià)持續(xù)的上漲，TPE批量生產(chǎn)的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)將更加明顯，可以預(yù)見(jiàn)，無(wú)鹵阻燃TPE材料的需求將進(jìn)一步加大。


耐火電纜需求增長(zhǎng)


根據(jù)國(guó)際市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Markets and Markets日前發(fā)布的報(bào)告，2021-2026年全球耐火電纜市場(chǎng)年復(fù)合增長(zhǎng)率約為3.3%。預(yù)計(jì)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(duì)消防安全的認(rèn)識(shí)，工業(yè)化和城市化的快速步伐，以及全球各國(guó)政府對(duì)消防安全法規(guī)的實(shí)施，耐火電纜的需求將在預(yù)測(cè)期內(nèi)顯著增加。


從絕緣材料來(lái)看，交聯(lián)聚乙烯（XLPE）在2020年領(lǐng)跑耐火電纜市場(chǎng)，預(yù)計(jì)在預(yù)測(cè)期內(nèi)也將占據(jù)該市場(chǎng)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(zhǎng)使用壽命是推動(dòng)XLPE細(xì)分市場(chǎng)的增長(zhǎng)。


從應(yīng)用行業(yè)來(lái)看，預(yù)測(cè)期內(nèi)，建筑與施工將成為耐火電纜市場(chǎng)中最大的細(xì)分市場(chǎng)。大眾建筑安全意識(shí)的增強(qiáng)促進(jìn)對(duì)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(lái)越多的建筑活動(dòng)正在推動(dòng)建筑和建筑行業(yè)的耐火電纜市場(chǎng)。


從市場(chǎng)區(qū)域來(lái)看，亞太地區(qū)預(yù)計(jì)將占耐火電纜市場(chǎng)的最大份額。在預(yù)測(cè)期內(nèi)，不斷增長(zhǎng)的人口和快速的城市化是推動(dòng)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(guó)家不斷增長(zhǎng)的建筑和汽車(chē)行業(yè)等正在推動(dòng)該地區(qū)耐火電纜的需求。


近年來(lái)，各行業(yè)對(duì)電氣防火、高層建筑防火的重視程度不斷提升，防火類(lèi)特種電纜已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于高層建筑、購(gòu)物中心、星級(jí)酒店、醫(yī)院、劇場(chǎng)、會(huì)議中心、圖書(shū)館、博物館、政府機(jī)關(guān)、機(jī)場(chǎng)、高鐵站、地鐵、輕軌等人口密集、對(duì)防火要求較高的場(chǎng)所。未來(lái)，為進(jìn)一步切實(shí)保障人民財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)防火類(lèi)特種電纜的使用需求有望進(jìn)一步提升。

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