有這樣一個(gè)項(xiàng)目，推廣應(yīng)用后，將使全國(guó)每年節(jié)電845 億千瓦時(shí)，與2015年三峽電站的發(fā)電總量相當(dāng)。11月3日，在國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，國(guó)家電網(wǎng)公司參與的這個(gè)項(xiàng)目——“特高壓高能效輸變電設(shè)備用超低損耗取向硅鋼開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”獲2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。
與一般取向硅鋼相比，超低損耗取向硅鋼具有損耗低、磁感高、涂層附著性高等特點(diǎn)，對(duì)支撐西電東送和節(jié)能減排國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施及電力行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
關(guān)鍵技術(shù)被“卡脖子” 核心技術(shù)買(mǎi)不來(lái)
超低損耗取向硅鋼是制造特高壓高能效變壓器及電抗器鐵心的核心材料，被稱為特高壓高能效變壓器及電抗器的“心臟”。一般變壓器用的取向硅鋼厚度為0.27~0.3毫米，在1.5特斯拉、50赫茲工作條件下的損耗小于等于1.0瓦每公斤。特高壓直流換流變壓器用取向硅鋼厚度為0.23~0.27毫米，在同等條件下，損耗比一般變壓器用的取向硅鋼小0.15瓦每公斤，以一臺(tái)換流變計(jì)算，每年可節(jié)約電能約15萬(wàn)千瓦時(shí)。
超低損耗取向硅鋼在±1100千伏直流換流變壓器中應(yīng)用。
2014年前，我國(guó)向家壩—上海等6條±800千伏直流工程、晉東南—南陽(yáng)—荊門(mén)等2條1000千伏交流工程中變壓器用取向硅鋼材料全部依賴進(jìn)口。“當(dāng)年，我們的技術(shù)專家親自到日本新日鐵公司談材料供貨問(wèn)題，對(duì)方給的答復(fù)是：不會(huì)專門(mén)為我們加快材料的供應(yīng)進(jìn)程。材料受制于人對(duì)我國(guó)重大工程的建設(shè)和后期的安全運(yùn)維來(lái)說(shuō)是一個(gè)亟待解決的重要問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)重大裝備關(guān)鍵材料國(guó)產(chǎn)化是國(guó)家科技發(fā)展的戰(zhàn)略需求。”全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司電工新材料研究所磁性材料團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人馬光說(shuō)。
“產(chǎn)學(xué)研用”聯(lián)合攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)系列創(chuàng)新突破
取向硅鋼是鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)流程最長(zhǎng)的材料，被譽(yù)為鋼鐵行業(yè)“皇冠”上的明珠。它生產(chǎn)工藝的每一個(gè)環(huán)節(jié)出問(wèn)題，都會(huì)導(dǎo)致材料達(dá)不到理想的性能。而特高壓直流換流變壓器工況復(fù)雜，涉及諧波、直流偏磁、強(qiáng)振動(dòng)、高溫升等工況，對(duì)取向硅鋼材料性能的要求更為嚴(yán)苛。
寶鋼、東北大學(xué)、聯(lián)研院、保變電氣等單位開(kāi)展關(guān)于取向硅鋼國(guó)家項(xiàng)目績(jī)效評(píng)價(jià)會(huì)議。
在重大需求牽引下，2012年起，寶山鋼鐵股份有限公司、東北大學(xué)、全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司、保定天威保變電氣股份有限公司等單位組建聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，開(kāi)展特高壓高能效輸變電裝備用超低損耗取向硅鋼制備及應(yīng)用技術(shù)攻關(guān)。幾年來(lái)，團(tuán)隊(duì)成員相互配合，通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式進(jìn)行攻關(guān)，形成產(chǎn)學(xué)研用一體化攻關(guān)隊(duì)伍。寶鋼負(fù)責(zé)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的攻關(guān)，東北大學(xué)負(fù)責(zé)基礎(chǔ)理論方面的研究，聯(lián)研院負(fù)責(zé)針對(duì)特高壓運(yùn)行工況評(píng)價(jià)體系的建立和國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品對(duì)標(biāo)和反饋，保變電氣負(fù)責(zé)應(yīng)用選型設(shè)計(jì)等方面工作。
“開(kāi)發(fā)初期，寶鋼負(fù)責(zé)的產(chǎn)品性能與進(jìn)口產(chǎn)品有一定的差距。團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)開(kāi)展大量的理論分析、實(shí)驗(yàn)研究以及模擬仿真，共同找到了解決方案，經(jīng)過(guò)不懈努力，終于在2015年，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在靈紹特高壓直流工程中的首次批量應(yīng)用。”全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司電工新材料研究所所長(zhǎng)陳新說(shuō)。
厚積薄發(fā)，從“受制于人”到“領(lǐng)先于人”
“特高壓高能效輸變電裝備用超低損耗取向硅鋼開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”項(xiàng)目找到了超低損耗取向硅鋼新的技術(shù)路徑，突破了特高壓用超低損耗取向硅鋼核心技術(shù)，打通了超低損耗取向硅鋼的生產(chǎn)和應(yīng)用環(huán)節(jié)。
國(guó)網(wǎng)聯(lián)研院科研人員對(duì)超低損耗取向硅鋼進(jìn)行多工況服役性能測(cè)試分析。
“寶鋼的生產(chǎn)和研發(fā)能力已經(jīng)全面超越了外國(guó)公司，我們正致力于研發(fā)和應(yīng)用更低損耗、更高磁感和耐熱型取向硅鋼新產(chǎn)品。”馬光說(shuō)。
目前，該項(xiàng)目成果已成功應(yīng)用在世界電壓等級(jí)最高、輸電容量最大、輸送距離最遠(yuǎn)的±1100千伏昌吉—古泉特高壓直流工程和±800千伏巴西美麗山特高壓直流工程，成為中拉共建“一帶一路”重要紐帶。
該項(xiàng)目成果還應(yīng)用于靈州—紹興、溪洛渡—金華±800千伏等其他13 個(gè)特高壓直流工程。此外，項(xiàng)目產(chǎn)品還批量出口歐美日韓等國(guó)家，近3年出口總量達(dá)17.16 萬(wàn)噸。
截至2019年，該項(xiàng)目共獲國(guó)家授權(quán)發(fā)明專利37項(xiàng)、實(shí)用新型15項(xiàng)，軟件著作權(quán)1項(xiàng)。項(xiàng)目整體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
“項(xiàng)目組還在繼續(xù)研發(fā)更低損耗的取向硅鋼新產(chǎn)品，并促進(jìn)其在節(jié)能變壓器中的應(yīng)用，進(jìn)一步降低變壓器損耗，支撐國(guó)家‘雙碳’戰(zhàn)略。我們相信，未來(lái)‘特高壓高能效輸變電裝備用超低損耗取向硅鋼開(kāi)發(fā)與應(yīng)用’項(xiàng)目會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間。”陳新說(shuō)。???
