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《中国制造2025》电力系统相关装备大解析

作者:admin来源:新材料在线 日期:2016-11-19 16:44:16 人气: 标签:

  制造业是国民经济的主体,是立国之本、兴国之器、强国之基。为了推进中国制造历史性的转变,国务院组织编制并于2015年5月8日正式发布了《中国制造2025》,对我国制造业转型升级和跨越发展作了整体部署。

  《中国制造2025》围绕经济社会发展和国家安全重大需求,选择十大优势和战略产业作为突破点,力争到2025年达到国际领先地位或国际先进水平。十大重点领域是:新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农业装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械。

  材料作为国民经济和社会发展的基础,是支撑国家重大工程建设,促进传统转型升级,构建国际竞争新优势的重要保障。本文将从材料和产业链的角度对《中国制造2025》其它九大重点发展领域做详细介绍。

  电力装备

  1.电力装备《中国制造2025》发展目标

  2.电力装备产业链

  未来智能电网(特高压)将大型发电基地(水电、超净火电、核电)与远方的负荷中心(电力用户)相连接,以能源互联网将新型清洁能源分布式发电相连接,将逐渐构成未来安全、智能、高效、清洁的电力系统。

  电力装备是电力能源的重要承载体,在发电、输电、变电、用电的各个环节起着举足轻重的作用。电力装备,主要以火电(煤炭发电、燃气发电)、水电、核电等装备为代表,作为主要电力来源,升压后通过高压、超高压线路传输,再经降压至生产企业、居民生活等使用。当前环境污染(雾霾、水污染等)、能源危机等,迫切需要改变现有传统的能源结构和使其清洁化、高效化、智能化,火电、水电、核电等的格局将会发生改变,即传统高污染的火电比例将会下降,高污染的煤炭发电将逐步缩小,高效的燃气轮机发电比例将会提高,清洁煤炭发电技术需求将会凸显。

  电力装备,包括:蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机、核电机组、电站锅炉、发电机、变压器、输电线等。

  2.1电力装备市场

  随着我国经济的不断发展,对电力的需求不断增长,2012年的市场规模已达到2.32万亿元人民币,每年的复合增长约10%左右,预计2017年将达到4万亿元人民币,这必将对电力设备提出巨大的需求,带领电力装备的发展。

  根据国家能源局发布的数据,我国电力建设每年投资数千亿元人民币。国家电网未来在智能电网方面,将投资电网建设、智能化等1.5万亿元人民币,每年3000亿元左右。据国家电网表示,2015年新增特高压电网投资将达4500亿元人民币,带动电力相关产业投资达1.7万亿元人民币。

  我国2015年低压电力设备市场预计900亿元人民币,未来将会保持每年20%左右的速度增长。据新华网、证券时报、民生证券报道,全球能源互联网建设将催生一个万亿元以上的电力装备市场,尤其高端电力装备。据罗兰贝格分析称,输配电设备,2015年中国市场预计3200亿元人民币。未来全球电力装备将以每年4%的速度增长。

  据中国电器工业协会数据统计,目前国内输配电设备企业近7000家。从结构上来看,超高压及特高压产品由于生产成本较高、企业投资规模较大、技术含量较高,造成该子行业较高的进入壁垒,市场相对集中。而中低压产品市场集中度则相对较低,产品销售增速会逐渐趋于平缓。

  2.2电力装备产业链企业

  1、发电公司

  国电集团、华能集团、华电集团、大唐集团、中电投集团。

  2、电网公司

  国家电网、南方电网。

  3、输电线材公司

  远东控股集团有限公司、万达集团股份有限公司、无锡江南电缆有限公司、宝胜集团有限公司、铜陵精达铜材集团有限责任公司、亨通集团公司、江苏上上电缆集团有限公司、东莞华新电线电缆有限公司、四川明星电缆股份有限公司、江苏通光电子线缆股份有限公司。

  4、电力设备公司

  中国西电、许继电气、平高电气、金利华电、大连电瓷、长高集团、智光电气、国电南瑞、国电南自、大连电瓷、特变电工、思源电气。

  3.电力装备关键材料

  3.1电力装备关键新材料和零部件

  3.2稀土永磁材料

  稀土又被称为工业味精,主要用做添加剂起到特殊功能的作用,应用领域十分广阔。从产业链的角度来看,储氢材料、荧光材料、抛光材料、环保材料以及永磁材料是稀土的主要应用领域。

  稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属(如钴、铁等)组成的合金,永粉末冶金方法压型烧结,经磁场充磁后制得的一种磁性材料。伴随技术进步,产品性能提高,结构改善,磁性材料产品正逐步向高端市场扩张,在未来一段时间内我国磁性材料将会出现量价齐升的局面。目前,稀土永磁已广泛应用到风电、消费电子、VCH、节能电梯、EPS等领域。

  以2012年为例,中国稀土永磁材料产量占全球产量的91%,日本产量约占7%,日本以日立金属为主,其他地区仅占2%,钕铁硼的生产极为集中。下游消费市场看,中国消费了约50%的钕铁硼,欧美、日本等地区消费了50%左右。主要原因是钕铁硼主要应用于消费电子、风机、汽车等领域,而我国是上述产品的生产制造大国。

  据中国有色金属工业协会统计,2014年,中国稀土永磁材料产量合计11.8万吨,同比增长25%。以2013年为例,国内烧结钕铁硼产量占93%。

  近年来,在国际制造业转移,稀土原料价格高企以及人工成本居高不下等多重因素的影响下,全球的钕铁硼产业的国际格局发生重大变化,中国已成为世界第一大稀土钕铁硼生产国。

  3.3超导材料

  众所周知电学物理知识告诉我们,电力传输的载体电阻越大,同样的功率条件下,损耗(发热)就会越大,因此电力输送过程中,需要尽可能低的电阻。因此,理想的零电阻的超导材料是电力传输最具前景的材料。特别是40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究荣获2013年度国家自然科学奖一等奖,再次把超导材料推向风口浪尖和国家战略的高度。

  超导材料是一种新型材料,在一定低温条件下,能排斥磁力线且呈现出电阻为零的特性,能够无损耗地传输电能。另外,超导材料处于超导态时,只要外加磁场不超过一定值,磁力线不能透入,超导材料内的磁场恒为零。

  根据组成和转变温度的不同,超导材料可分为低温超导材料和高温超导材料。低温超导材料主要有NbTi和Nb3Sn材料;高温超导材料主要有Bi-Sr-Ca-Cu-O(BSCCO)和Y-Ba-Cu-O(YBCO)材料、MgB2超导材料、铁基超导材料。

  超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起,就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约,这首先是它的临界参量,其次还有材料制作的工艺等问题(例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题)。到80年代,超导材料的应用主要有:

  ①利用材料的超导电性可制作磁体,应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等;可制作电力电缆,用于大容量输电(功率可达10000MVA);可制作通信电缆和天线,其性能优于常规材料。

  ②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。

  ③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件,其运算速度比高性能集成电路的快10~20倍,功耗只有四分之一。

  根据国际超导科技界(2007年世界超导工业峰会)和相关产业部门预测,到2020年,全球超导产业超过2400亿美元。中国超导市场的潜在规模已超过2000亿元,其中核心的超导材料约有800亿元。不过,目前中国国内超导材料主要依赖于美国、日本等地进口,致使超导材料价格高昂,约占超导设备成本的一半。

  目前,国内涉及超导行业企业有十几家,其中力鼎新材料、英纳超导、西部超导等公司生产研发超导材料,而百利云电、中天科技、综艺超导、海泰超导、宝胜股份等企业涉及超导材料下游应用。

  3.4非晶合金材料

  在日常生活中人们接触的材料一般有两种:一种是晶态材料,另一种是非晶态材料。所谓晶态材料,是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。反之,内部原子排列处于无规则状态,则为非晶态材料。一般的金属,其内部原子排列有序,都属于晶态材料。科学家发现,金属在熔化后,内部原子处于活跃状态。一但金属开始冷却,原子就会随着温度的下降,而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来,形成晶体。如果冷却过程很快,原子还来不及重新排列就被凝固住了,由此就产生了非晶态合金,制备非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺。将处于熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上。钢水以每秒百万度的速度迅速冷却,仅用千分之一秒的时间就将1300℃的钢水降到200℃以下,形成非晶带材。

  非晶态合金与晶态合金相比,在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。以铁元素为主的非晶态合金为例,它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。由于这样的特性,非晶态合金材料在电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间。例如,用于航空航天领域,可以减轻电源、设备重量,增加有效载荷;用于民用电力、电子设备,可大大缩小电源体积,提高效率,增强抗干扰能力;微型铁芯可大量应用于综合业务数字网ISDN中的变压器;非晶条带用来制造超级市场和图书馆防盗系统的传感器标签;非晶合金神奇的功效,具有广阔的市场前景。

  目前,随着电子技术向高频、小型化方向发展,非晶超微晶软磁合金材料已制成各种各样磁性器件代替硅钢、铁氧体和坡莫合金等应用于电力工业、电子工业及电力电子技术领域,用作电流互感器、大功率开关电源、逆变电源和程控交换机电源的变压器、电抗器、滤波器、互感器、及传感器等。

  由于非晶变压器的研发及应用的快速增长,非晶带材也在快速发展。2014年,国内非晶带材的销售量达到6.4万吨,其中日立金属占了4万吨,安泰科技占了1.5万吨,青岛云路为0.8万吨。而2014年,非晶带材的市场需求量则是8.75万吨,市场严重供不应求,供给率为73%,还有27%的市场空间。根据《中国非晶态合金材料学术与产业化年报2014》,2015年国家电网将主推非晶合金变压器,力求达到60%,全力推动淘汰S9型高耗能变压器;京津冀一体化发展,对非晶节能变压器示范效应将有更大的空间:一路一带也将给非晶更多更大机遇。预计到2018年,预计非晶带材的市场需求量将达到22.75万吨。

  由于非晶带材技术壁垒非常高,目前全世界仅有安泰科技和日本日立金属、青岛云路等少数企业能够生产,特别是日立金属,占据了国内63%的市场。以2014年为例,日立金属生产的非晶带材达到9万吨,其中中国销售4万吨,印度销售为2万吨,其余在日本本土、美国、东南亚市场销售为3万吨。国内非晶带材的生产企业除了安泰科技和青岛云路,还有兆晶股份、中岳新能源等企业。

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