孫寶德教授團隊突破關(guān)鍵技術(shù)助力中國特高壓電網(wǎng)建設(shè)

上海交通大學(xué)11日發(fā)布消息稱，該校材料學(xué)院孫寶德、高海燕教授研究團隊，與江蘇中天科技合作，在973、國家自然科學(xué)基金、上海市節(jié)能減排專項等項目的資助下，歷經(jīng)二十余年，突破了制約高性能鋁合金導(dǎo)線材料的關(guān)鍵技術(shù)，研制了高導(dǎo)耐熱、高強抗疲勞、特高壓節(jié)能導(dǎo)線等新型特種導(dǎo)線材料及制備技術(shù)，建立了全流程工藝控制體系，形成自主核心技術(shù)，高導(dǎo)耐熱導(dǎo)線、高強抗疲勞導(dǎo)線、高導(dǎo)電工鋁導(dǎo)線三大類十九種新型導(dǎo)線通過了權(quán)威部門組織的新產(chǎn)品鑒定，滿足了國家電網(wǎng)建設(shè)急需。

該項目將在9月17日至21日舉行的第二十一屆工博會上亮相。

中國能源與電力負荷逆向分布，國家實施“西電東送，北電南送”戰(zhàn)略。架空輸電線路用導(dǎo)線作為電力輸送的“血管”，是電網(wǎng)中用量最大、最關(guān)鍵的組成部分之一。隨著特高壓、遠距離、大容量輸電和清潔能源利用的發(fā)展，對架空導(dǎo)線的導(dǎo)電率、強度、耐熱性能和疲勞性能提出了更高的要求。但提升材料導(dǎo)電率與同時提高其強度和耐熱性之間存在矛盾，導(dǎo)致中國電網(wǎng)建設(shè)急需的特種導(dǎo)線難以滿足工程需求。

數(shù)據(jù)顯示，中國架空導(dǎo)線總長1000余萬公里，2018年中國全社會用電約6.8萬億千瓦時，其中因?qū)Ь€電阻造成的損失巨大。導(dǎo)線的導(dǎo)電率即使僅提高千分之一（0.1%IACS），全國每年可節(jié)電約7億千瓦時，減少電煤消耗約23萬噸，減少二氧化碳排放58萬噸，節(jié)能減排效益顯著。

導(dǎo)線的耐熱溫度決定其輸送電流的能力，采用耐熱導(dǎo)線可提高輸電容量，有效緩解電力供需矛盾，降低城區(qū)線路改造的走廊成本；同時可更好滿足太陽能、風(fēng)能等新能源峰值和谷值輸電的大溫差需求。但導(dǎo)線的耐熱性與導(dǎo)電率是一對矛盾。

孫寶德團隊通過理論計算和科學(xué)實驗，研究了新型鋁鋯釔耐熱合金及其微結(jié)構(gòu)調(diào)控方法和工藝，研制出新型耐熱導(dǎo)線，總體技術(shù)水平達到國際先進，這一技術(shù)在全國一百多條舊網(wǎng)改造中獲得應(yīng)用，川渝電網(wǎng)“大動脈”洪板線改造全部采用項目成果，一條線達到了兩條線路的輸電能力。

上海交大孫寶德教授團隊“高性能架空導(dǎo)線制備技術(shù)”助力中國特高壓電網(wǎng)建設(shè)。供圖

中國特高壓工程需要跨越高山峻嶺和大江大河架設(shè)電網(wǎng)，形成了中國特色的“大跨越”工程。項目組針對鋁鎂硅合金亞穩(wěn)強化相的精確調(diào)控超細夾雜物的去除開展了大量研究，研制了不同強度級別的高強度鋁合金材料，建立了全流程精細控制技術(shù)，消除了材料內(nèi)部潛在的疲勞裂紋源。研制的高強度鋁合金導(dǎo)線，在運行張力增大的條件下，振動疲勞壽命不低于3000萬次，滿足線路設(shè)計預(yù)期壽命達到50年的安全標準，綜合技術(shù)指標達到國際領(lǐng)先水平，在國家電網(wǎng)特高壓大跨越工程中獲得大量應(yīng)用。

中國電工鋁導(dǎo)線占導(dǎo)線用量近70%，是特高壓電網(wǎng)的基礎(chǔ)導(dǎo)體材料。近年來，特高壓輸電技術(shù)對電工鋁導(dǎo)體的性能提出了更高的要求。針對中國鋁土資源鐵硅含量相對較高的特點，團隊研究了高導(dǎo)電工鋁材料及其冶金質(zhì)量控制技術(shù)，解決了微量雜質(zhì)元素與氣體去除的難題，突破了鑄錠晶粒細化瓶頸，保證了導(dǎo)線組織與性能的穩(wěn)定性和一致性。研制的高導(dǎo)電工鋁導(dǎo)線在特高壓工程中得到應(yīng)用。

十多年來，上海交通大學(xué)孫寶德教授研究團隊與江蘇中天科技集團一直保持密切合作，面向國家電網(wǎng)建設(shè)對高性能導(dǎo)線的迫切需求，成立了“上海交大-中天科技”聯(lián)合研究中心。研究中心根據(jù)國家電網(wǎng)的線路設(shè)計需求，參與導(dǎo)線選型和截面設(shè)計，交大負責基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，中天科技負責中試及產(chǎn)業(yè)推廣，真正做到“設(shè)計、工藝、制造”一體化，有力促進了中國高性能架空導(dǎo)線制造企業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級與自主創(chuàng)新能力的提高。

同時，項目團隊研制的高導(dǎo)耐熱導(dǎo)線和高導(dǎo)抗疲勞導(dǎo)線已走出國門，出口到歐美及一帶一路沿線國家，承接了眾多海外架空線路建設(shè)工程，累計架線超2萬公里，打破國際大公司的壟斷，成為中國制造和中國電力走出去的“國家名片”。