《中國製造2025》電力系統相關裝備大解析

2021-01-16 OFweek維科網

  製造業是國民經濟的主體,是立國之本、興國之器、強國之基。為了推進中國製造歷史性的轉變,國務院組織編制並於2015年5月8日正式發布了《中國製造2025》,對我國製造業轉型升級和跨越發展作了整體部署。

  《中國製造2025》圍繞經濟社會發展和國家安全重大需求,選擇十大優勢和戰略產業作為突破點,力爭到2025年達到國際領先地位或國際先進水平。十大重點領域是:新一代信息技術產業、高檔數控工具機和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術船舶、先進軌道交通裝備、節能與新能源汽車、電力裝備、農業裝備、新材料、生物醫藥及高性能醫療器械。

  材料作為國民經濟和社會發展的基礎,是支撐國家重大工程建設,促進傳統轉型升級,構建國際競爭新優勢的重要保障。本文將從材料和產業鏈的角度對《中國製造2025》其它九大重點發展領域做詳細介紹。

  電力裝備

  1.電力裝備《中國製造2025》發展目標

  2.電力裝備產業鏈

  未來智能電網(特高壓)將大型發電基地(水電、超淨火電、核電)與遠方的負荷中心(電力用戶)相連接,以能源網際網路將新型清潔能源分布式發電相連接,將逐漸構成未來安全、智能、高效、清潔的電力系統。

  電力裝備是電力能源的重要承載體,在發電、輸電、變電、用電的各個環節起著舉足輕重的作用。電力裝備,主要以火電(煤炭發電、燃氣發電)、水電、核電等裝備為代表,作為主要電力來源,升壓後通過高壓、超高壓線路傳輸,再經降壓至生產企業、居民生活等使用。當前環境汙染(霧霾、水汙染等)、能源危機等,迫切需要改變現有傳統的能源結構和使其清潔化、高效化、智能化,火電、水電、核電等的格局將會發生改變,即傳統高汙染的火電比例將會下降,高汙染的煤炭發電將逐步縮小,高效的燃氣輪機發電比例將會提高,清潔煤炭發電技術需求將會凸顯。

  電力裝備,包括:蒸汽輪機、燃氣輪機、水輪機、核電機組、電站鍋爐、發電機、變壓器、輸電線等。

  2.1電力裝備市場

  隨著我國經濟的不斷發展,對電力的需求不斷增長,2012年的市場規模已達到2.32萬億元人民幣,每年的複合增長約10%左右,預計2017年將達到4萬億元人民幣,這必將對電力設備提出巨大的需求,帶領電力裝備的發展。

  根據國家能源局發布的數據,我國電力建設每年投資數千億元人民幣。國家電網未來在智能電網方面,將投資電網建設、智能化等1.5萬億元人民幣,每年3000億元左右。據國家電網表示,2015年新增特高壓電網投資將達4500億元人民幣,帶動電力相關產業投資達1.7萬億元人民幣。

 

  我國2015年低壓電力設備市場預計900億元人民幣,未來將會保持每年20%左右的速度增長。據新華網、證券時報、民生證券報導,全球能源網際網路建設將催生一個萬億元以上的電力裝備市場,尤其高端電力裝備。據羅蘭貝格分析稱,輸配電設備,2015年中國市場預計3200億元人民幣。未來全球電力裝備將以每年4%的速度增長。

  據中國電器工業協會數據統計,目前國內輸配電設備企業近7000家。從結構上來看,超高壓及特高壓產品由於生產成本較高、企業投資規模較大、技術含量較高,造成該子行業較高的進入壁壘,市場相對集中。而中低壓產品市場集中度則相對較低,產品銷售增速會逐漸趨於平緩。

  2.2電力裝備產業鏈企業

  1、發電公司

  國電集團、華能集團、華電集團、大唐集團、中電投集團。

  2、電網公司

  國家電網、南方電網。

  3、輸電線材公司

  遠東控股集團有限公司、萬達集團股份有限公司、無錫江南電纜有限公司、寶勝集團有限公司、銅陵精達銅材集團有限責任公司、亨通集團公司、江蘇上上電纜集團有限公司、東莞華新電線電纜有限公司、四川明星電纜股份有限公司、江蘇通光電子線纜股份有限公司。

  4、電力設備公司

  中國西電、許繼電氣、平高電氣、金利華電、大連電瓷、長高集團、智光電氣、國電南瑞、國電南自、大連電瓷、特變電工、思源電氣。

  3.電力裝備關鍵材料

  3.1電力裝備關鍵新材料和零部件

  3.2稀土永磁材料

  稀土又被稱為「工業味精」,主要用做添加劑起到特殊功能的作用,應用領域十分廣闊。從產業鏈的角度來看,儲氫材料、螢光材料、拋光材料、環保材料以及永磁材料是稀土的主要應用領域。

  稀土永磁材料是將釤、釹混合稀土金屬與過渡金屬(如鈷、鐵等)組成的合金,永粉末冶金方法壓型燒結,經磁場充磁後製得的一種磁性材料。伴隨技術進步,產品性能提高,結構改善,磁性材料產品正逐步向高端市場擴張,在未來一段時間內我國磁性材料將會出現量價齊升的局面。目前,稀土永磁已廣泛應用到風電、消費電子、VCH、節能電梯、EPS等領域。

  以2012年為例,中國稀土永磁材料產量佔全球產量的91%,日本產量約佔7%,日本以日立金屬為主,其他地區僅佔2%,釹鐵硼的生產極為集中。下遊消費市場看,中國消費了約50%的釹鐵硼,歐美、日本等地區消費了50%左右。主要原因是釹鐵硼主要應用於消費電子、風機、汽車等領域,而我國是上述產品的生產製造大國。

  據中國有色金屬工業協會統計,2014年,中國稀土永磁材料產量合計11.8萬噸,同比增長25%。以2013年為例,國內燒結釹鐵硼產量佔93%。

  近年來,在國際製造業轉移,稀土原料價格高企以及人工成本居高不下等多重因素的影響下,全球的釹鐵硼產業的國際格局發生重大變化,中國已成為世界第一大稀土釹鐵硼生產國。

 

  3.3超導材料

  眾所周知電學物理知識告訴我們,電力傳輸的載體電阻越大,同樣的功率條件下,損耗(發熱)就會越大,因此電力輸送過程中,需要儘可能低的電阻。因此,理想的零電阻的超導材料是電力傳輸最具前景的材料。特別是「40K以上鐵基高溫超導體的發現及若干基本物理性質研究」榮獲2013年度國家自然科學獎一等獎,再次把超導材料推向風口浪尖和國家戰略的高度。

  超導材料是一種新型材料,在一定低溫條件下,能排斥磁力線且呈現出電阻為零的特性,能夠無損耗地傳輸電能。另外,超導材料處於超導態時,只要外加磁場不超過一定值,磁力線不能透入,超導材料內的磁場恆為零。

  根據組成和轉變溫度的不同,超導材料可分為低溫超導材料和高溫超導材料。低溫超導材料主要有NbTi和Nb3Sn材料;高溫超導材料主要有Bi-Sr-Ca-Cu-O(BSCCO)和Y-Ba-Cu-O(YBCO)材料、MgB2超導材料、鐵基超導材料。

  超導材料具有的優異特性使它從被發現之日起,就向人類展示了誘人的應用前景。但要實際應用超導材料又受到一系列因素的制約,這首先是它的臨界參量,其次還有材料製作的工藝等問題(例如脆性的超導陶瓷如何製成柔細的線材就有一系列工藝問題)。到80年代,超導材料的應用主要有:

  ①利用材料的超導電性可製作磁體,應用於電機、高能粒子加速器、磁懸浮運輸、受控熱核反應、儲能等;可製作電力電纜,用於大容量輸電(功率可達10000MVA);可製作通信電纜和天線,其性能優於常規材料。

  ②利用材料的完全抗磁性可製作無摩擦陀螺儀和軸承。

  ③利用約瑟夫森效應可製作一系列精密測量儀表以及輻射探測器、微波發生器、邏輯元件等。利用約瑟夫森結作計算機的邏輯和存儲元件,其運算速度比高性能集成電路的快10~20倍,功耗只有四分之一。

  根據國際超導科技界(2007年世界超導工業峰會)和相關產業部門預測,到2020年,全球超導產業超過2400億美元。中國超導市場的潛在規模已超過2000億元,其中核心的超導材料約有800億元。不過,目前中國國內超導材料主要依賴於美國、日本等地進口,致使超導材料價格高昂,約佔超導設備成本的一半。

  目前,國內涉及超導行業企業有十幾家,其中力鼎新材料、英納超導、西部超導等公司生產研發超導材料,而百利雲電、中天科技、綜藝超導、海泰超導、寶勝股份等企業涉及超導材料下遊應用。

  3.4非晶合金材料

  在日常生活中人們接觸的材料一般有兩種:一種是晶態材料,另一種是非晶態材料。所謂晶態材料,是指材料內部的原子排列遵循一定的規律。反之,內部原子排列處於無規則狀態,則為非晶態材料。一般的金屬,其內部原子排列有序,都屬於晶態材料。科學家發現,金屬在熔化後,內部原子處於活躍狀態。一但金屬開始冷卻,原子就會隨著溫度的下降,而慢慢地按照一定的晶態規律有序地排列起來,形成晶體。如果冷卻過程很快,原子還來不及重新排列就被凝固住了,由此就產生了非晶態合金,製備非晶態合金採用的正是一種快速凝固的工藝。將處於熔融狀態的高溫鋼水噴射到高速旋轉的冷卻輥上。鋼水以每秒百萬度的速度迅速冷卻,僅用千分之一秒的時間就將1300℃的鋼水降到200℃以下,形成非晶帶材。

  非晶態合金與晶態合金相比,在物理性能、化學性能和機械性能方面都發生了顯著的變化。以鐵元素為主的非晶態合金為例,它具有高飽和磁感應強度和低損耗的特點。由於這樣的特性,非晶態合金材料在電子、航空、航天、機械、微電子等眾多領域中具備了廣闊的應用空間。例如,用於航空航天領域,可以減輕電源、設備重量,增加有效載荷;用於民用電力、電子設備,可大大縮小電源體積,提高效率,增強抗幹擾能力;微型鐵芯可大量應用於綜合業務數字網ISDN中的變壓器;非晶條帶用來製造超級市場和圖書館防盜系統的傳感器標籤;非晶合金神奇的功效,具有廣闊的市場前景。

  目前,隨著電子技術向高頻、小型化方向發展,非晶超微晶軟磁合金材料已製成各種各樣磁性器件代替矽鋼、鐵氧體和坡莫合金等應用於電力工業、電子工業及電力電子技術領域,用作電流互感器、大功率開關電源、逆變電源和程控交換機電源的變壓器、電抗器、濾波器、互感器、及傳感器等。

  由於非晶變壓器的研發及應用的快速增長,非晶帶材也在快速發展。2014年,國內非晶帶材的銷售量達到6.4萬噸,其中日立金屬佔了4萬噸,安泰科技佔了1.5萬噸,青島雲路為0.8萬噸。而2014年,非晶帶材的市場需求量則是8.75萬噸,市場嚴重供不應求,供給率為73%,還有27%的市場空間。根據《中國非晶態合金材料學術與產業化年報2014》,2015年國家電網將主推非晶合金變壓器,力求達到60%,全力推動淘汰S9型高耗能變壓器;京津冀一體化發展,對非晶節能變壓器示範效應將有更大的空間:「一路一帶」也將給非晶更多更大機遇。預計到2018年,預計非晶帶材的市場需求量將達到22.75萬噸。

  由於非晶帶材技術壁壘非常高,目前全世界僅有安泰科技和日本日立金屬、青島雲路等少數企業能夠生產,特別是日立金屬,佔據了國內63%的市場。以2014年為例,日立金屬生產的非晶帶材達到9萬噸,其中中國銷售4萬噸,印度銷售為2萬噸,其餘在日本本土、美國、東南亞市場銷售為3萬噸。國內非晶帶材的生產企業除了安泰科技和青島雲路,還有兆晶股份、中嶽新能源等企業。 

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