铜材在新能源装备中的应用及发展

铜材在新能源装备中的应用及发展

王波 1 张常玲 2 肖宏 3 周财丽 4 张雷 5

北方华安工业集团有限公司 黑龙江齐齐哈尔 161046

摘要：铜加工业将进一步增加科技投入，大力开展技术创新，产品质量和档次将继续稳步提高，努力向多品种、高精尖方向发展，产品标准水平继续处于国际先进行列，铜材产品应用于电力、家用电器、汽车、新能源装备、电子仪器仪表、国防、交通运输、海洋工程等多个市场和多个行业，占据铜材高端市场，满足国民经济现代化和高新科技发展的要求，也增强其在国内外市场的竞争力。

关键词：铜材；新能源装备；

开发和利用清洁、可再生的新能源越来越受到世界各国的普遍关注。新能源又称非常规能源, 是指传统能源之外的各种能源形式。从目前新能源利用技术和装备来看, 铜材在新能源装备中的应用主要集中于发电设备、电力输送和集热装置等。这里我们着重探讨应用最多并已形成规模产业的核电、风电和太阳集热与发电。

一、新能源装备中铜材的应用

1.核电站的主要设备有产生核裂变的反应堆, 由含量为3% 左右的铀一2 35 燃料组件组成; 蒸汽供应系统, 由蒸汽发生器、主循环泵、稳压器及相应的连接管道组成; 可以控制、调节反应堆内链式裂变反应进行的控制棒组件; 装载核蒸汽供应系统所有设备并确保核反应堆内的放射性物质不外逸安全壳; 为应付核电站一回路主管道破裂导致极端失水事故发生的危急冷却系统; 用于发电的汽轮发电机及其辅机; 水处理设备和自动化控制系统等。所用材料主要有核反应堆材料、反射层材料、结构材料、控制材料、屏蔽材料等多种。在这些核电站的主要组成部分中基本没有铜材使用, 而铜加工材则主要应用在汽轮发电机内部具有导电性能要求的部位, 包括铜空心导线, 发电机转子用单孔或双孔空心型材、电机定子用异型材等。除此之外, 还有输变电设备、联接接头、输电线路使用的铜线、铜扁线、导电铜排等。这类用途的材料主要有无氧铜、韧铜和银铜。过去汽轮发电机辅机凝汽器使用较多的铜合金管, 现已基本被不锈钢管和钦管所替代。风力发电机组的组成大体上由风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。风力发电机是实现风力发电的关键设备, 是将风能转换为机械功的动力机械, 又称风车。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。各部分功能分别为: 叶片用来接受风力并通过机头转为电能; 尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能; 转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能; 机头的转子是永磁体, 由定子绕组切割磁力线而产生电能。

2.风力发电用铜材主要有风力发电机定子绕组使用的超长矩形空心铜扁线和输配电用线缆及输配电用铜型材等。其中主要材料是发电机定子绕组使用的空心铜扁线。产品是由外形截面为矩形、内孔为圆形的无氧铜材料制成。在太阳能的利用上, 利用太阳能的光热效应产生热能己广泛地应用于人们的日常生活之中, 太阳能热水系统在我国的普及率逐年提高。太阳能热水系统的形式有真空管型太阳能热水系统和用铜管加工出的超导热管制成的承压式太阳能热水系统。二者相比, 铜超导热管型太阳能热水系统具有可承压、热传导效率高等优点, 同时系统可实现集热与储水分离、热水的加压泵送, 由于系统结构扁平, 还可与建筑物完美结合或外挂于阳台, 使用更为便捷、美观。该系统所用铜材为高纯无氧铜材料, 这种超导热一管的生产过程是将达到上述要求的铜材先加工成铜管,再经特殊工序的处理, 在铜管内部充进适宜的工质, 之后进行抽真空、密封, 真空度要求利用这种高密度、高纯度、高性能无氧铜材制成的热管, 太阳能热水系统由于性能和使用寿命的差异, 造价也有不同, 铜热管太阳能热水系统的性价比要高于真空管型太阳能热水系统。太阳能光伏发电组件中也有铜材的应用。太阳能光伏组件用涂锡铜合金连接焊带, 也称光伏焊带、涂锡铜带、互连带、汇流带等, 是太阳能电池的必备组件。根据要求的不同, 所用材料主要有无氧铜和韧铜。

二、发展

1.低碳经济加快铜加工业调整结构、产业升级，应用扩大蕴涵商机。目前，在举世的众多救市政策中，以风能、电能、太阳能、核能等清洁能源的开发与利用提上议事日程，欧盟、中国、美国、日本是世界新能源发展的主要推动力量，低碳经济将深刻地影响中国乃至世界。随着全球环境保护意识的增强和能源紧缺的日趋严重，终端工业制造品越来越走向环保和节能，这使得铜加工材低端产品需求逐步萎缩的同时高端产品需求将增加，这对铜加工产品的质量和加工技术都提出了更高的要求，我国铜加工业将在产业结构、生产能力、产品档次都将有较大的优化和提升。新能源革命揭示铜材消费发展趋势。危机往往孕育着科技的新突破，进而催生新产业，形成新的经济增长点。 首先，国内电网投资建设与改造带来新能源发展空间。将促进电力行业铜消费，满足国内市场需求；其次，电力设备行业发展扩大铜消费边界。电力（气）设备和器材制造是我国最主要的铜消费领域，消费量预计2010 年305 万吨，2020 年达336 万吨。其中，风电设备将保持较快增长。有关报道，2020 年国家核电发展目标或将调整为8600 万千瓦。以上将拉动铜等有色金属资源消费；最后，新能源汽车领域将增加用铜比例。同时，需要相应建设配套的充电站、加电站，这些需要铜资源做后盾，新能源汽车的用铜量将极为可观。外需不足且国内产能继续放大，后危机时代国内市场将成掘金地。未来3年～ 5 年全国铜加工产能将新增315 万吨。境内外铜材市场竞争日益激烈，企业进入微利时代。

2.产品市场国际化，促进国内铜加业国际化程度进一步提高。近年来，国内传统铜加工材逐步向现代化铜加工材转变，技术创新活跃，产品质量稳步提高，产品向高精度、高性能、环保节能方向发展，不少产品已成为国内外知名品牌，像空调内螺纹管质量已处于世界领先水平。同时国内企业由产品国际化演变成生产国际化。投资建设年产7.1 万吨铜及铜合金管项目，该生产项目部分生产线已经建成，进入试生产阶段。这些项目投产后，中国铜管产品国际化将提升为制造国际化，化解贸易壁垒，增强国际竞争力，中国铜加工国际化将不会变得遥远。

铜加工材品种增加，应用范围日益扩大。国民经济建设急需的重要品种，如空调管、冷凝管、集成电路引线框架带、插接元件带、变压器带、电缆带、水箱带、合金线材、超薄电解铜箔、光亮铜杆、铜及铜合金线材等已经成为铜加工材的热点品种，国产化、产业化日趋提高，国民经济急需的高附加值、高精度及高端新产品的比重迅速增加，已达60% 左右，而且从纽扣、拉链、餐具到螺钉、垫片、齿轮、机械，从建筑、装潢、现代交通工具到电熨斗、热水器等家用大小电器、发电站、输变电设备，铜及铜合金已经成为未来发展重要金属。目前铜加工材在传统领域应用之外，将会在新能源领域如风能、太阳能、核能，以及超导磁流体发电、海洋工程、网络通讯、太空探测等领域扩大应用，在人们生活中应用也将逐步扩大，满足了国内市场需求。

由此可见, 铜材今后的发展应在那些其他廉价金属材料所无法达到要求的地方, 产品本身也在向着更精细、更具特性、具备更高性能指标的方向发展。产品的生产方式也随技术创新和装备水平的提高而有所改进, 加工成形技术也会向着节能、节材, 减少排放, 零污染的方向发展。

参考文献：

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［2］简晓彬，刘宁宁，胡小莉． 我国发展低碳经济的理论基础述评［J］． 资源与产业，2018，13(5): 134-139

［3］钟银燕． 2014 年: 铜材在新能源装备中的应用［N］． 中国能源报，2018-02-17(24)