关于低碳经济与绝缘材料发展方向的思考唐安斌

关于低碳经济与绝缘材料发展方向的思考,报告人：唐安斌 单 位:国家绝缘材料工程技术研究中心 四川东材科技集团股份有限公司 2010.9,全国绝缘材料与绝缘技术专题研讨会,报 告 要 点,一、低碳经济与技术 二、低碳经济与绝缘材料的关系 三、低碳经济与绝缘材料的发展方向,关于低碳经济与绝缘材料发展方向的思考,一、低碳经济与技术,关于低碳经济与绝缘材料发展方向的思考,“全球变暖”、“温室效应”已成为世界共同关注的主题。 据IPCC（联合国气候变化政府间专家委员会）数据显示，到2030年世界温室气体排放将增长340亿吨，我国的温室气体排放将增长120亿吨。 降低能耗和减排温室气体成为国际社会面临的严峻挑战，以低能耗、低污染为基础的“低碳经济”成为国际热点。,背 景,低碳经济与技术,发展低碳经济就能减少二氧化碳排放量，延缓气候变暖，就能够保护我们人类共同的家园。 发达国家大力推进向“低碳经济”转型的战略行动，着力发展“低碳技术”，并对产业、能源、技术、贸易等政策进行重大调整，以抢占产业先机。 绝缘材料及技术也开始具备以低碳技术为发展方向的特点，如在新能源领域中的绝缘材料及技术的应用、绝缘材料在制造和应用过程中的节能及减排技术的应用等。,低碳经济与技术,“低碳经济” 成为继工业革命、信息革命之后又一波可能对全球经济产生重大影响的新趋势。,低碳经济与技术,低碳经济 低碳经济是碳排放量、生态环境代价及社会经济成本最低的经济,是一种能够改善地球生态系统自我调节能力的可持续性很强的经济。,低碳经济与低碳技术,低碳经济与技术,低碳经济有两个基本点: 其一是社会再生产全过程的经济活动低碳化,把二氧化碳排放量尽可能减少到最低限度乃至零排放,获得最大的生态经济效益; 其二是社会再生产全过程的能源消费生态化,形成低碳能源和无碳能源的国民经济体系,保证生态经济社会有机整体的清洁发展、绿色发展、可持续发展。,低碳技术 低碳技术是指有效控制温室气体排放的新技术。 分为3个类型 第一类是减碳技术，是指电力、交通、建筑、冶金、化工、石化等高能耗、高排放领域的节能减排技术，煤的清洁高效利用、油气资源和煤层气的勘探开发技术等。 第二类是无碳技术，比如核能、太阳能、风能、生物质能等可再生能源技术。 第三类是去碳技术，其中碳捕获与封存技术（Carbon Capture and Storage，CCS）是一项新兴的、具有大规模减排潜力的技术，有望实现化石能源使用的二氧化碳近零排放,低碳经济与技术,低碳技术广泛涉及石油、化工、电力、交通、建筑、冶金等多个领域。这些低碳技术一旦物化和作用于经济的生产过程就成为直接生产力,成为低碳经济发展最为重要的物质基础,成为低碳经济发展强大的推动力。 误区：把“低碳”概念当成扩张经济或者增加投资的手段，忽视低碳经济的效率问题。,低碳经济与技术之间的关系,低碳经济与技术,二、低碳经济与绝缘材料的关系,关于低碳经济与绝缘材料发展方向的思考,新能源 （清洁能源）,减排,绝缘材料,风能 太阳能 核能 新能源应用 ,变频技术 LED光源 ,绝缘材料制造过程 绝缘材料使用过程,节能,相关产业,低碳经济,低碳经济与绝缘材料的关系,水电 火电 输变电,低碳经济与绝缘材料的发展方向,经济命脉 经济效率 环境,低碳经济与绝缘材料的关系,三、低碳经济与绝缘材料的发展方向,关于低碳经济与绝缘材料发展方向的思考,新能源领域中的绝缘材料的应用 节能技术中的绝缘材料的应用 绝缘材料在制造和应用过程中的减排技术,低碳经济与绝缘材料的发展方向,风电 核电 太阳能发电,新能源领域中的绝缘材料的应用,低碳经济与绝缘材料的发展方向,风电电机的户外高空装机模式具有不可维修性，因而对其设计制造的可靠性要求较高，其防护措施至关重要，因此风电用绝缘材料应具有高耐热等级（通常为H、C级）、耐电晕、耐50低温性能等特点。,低碳经济与绝缘材料的发展方向,风电用绝缘材料,少胶云母带,无溶剂浸渍树脂,耐高温柔软复合绝缘制品,风电电机绝缘多采用少胶VPI技术，其技术要求： 耐热等级高（H级） 耐电晕 适用于H级耐高温特种电机以及变频性要求的绝缘结构,少胶云母带,低碳经济与绝缘材料的发展方向,代表绝缘材料： 玻璃布耐电晕聚酰亚胺薄膜少胶云母带 耐电晕聚酰亚胺薄膜少胶粉云母带,技术要求： 耐热等级高（H级） 挥发份低、环保 适应少胶VPI绝缘处理工艺 固化后具有优良的的介电性能、机械性能、热性能及耐环境性能,无溶剂浸渍树脂,低碳经济与绝缘材料的发展方向,代表产品： 环氧-酸酐体系 环氧-乙烯基树脂-苯乙烯系体系,技术要求: 优良的机械、电气性能 优异的耐热性（220，3h无分层、起泡和流胶）,低碳经济与绝缘材料的发展方向,耐高温柔软复合绝缘制品,代表产品： NMN 、NHN等，用于风力发电机槽绝缘,22,发展趋势 机组单机容量不断增大 超大型机组正在研制中如单机10兆瓦机组-更高可靠性,低碳经济与绝缘材料的发展方向,23,变浆和变速更具发展优势-耐电晕 直接驱动和混合驱动的市场份额不断扩大 海上风力发电技术取得大进展 -耐潮湿、耐盐雾,低碳经济与绝缘材料的发展方向,核电用绝缘材料,核岛内电机绝缘材料,“常规岛”内核发电机绝缘材料,低碳经济与绝缘材料的发展方向,压水堆,沸水堆,要求高质量和可靠性 “常规岛”内的核发电机工作的环境条件与一般火电站发电机工作的环境条件基本相同，因此对绝缘材料的要求与相似容量和电压等级的火电站发电机基本一样，只是核电站对核发电机的质量和可靠性要求较高。,“常规岛”内核发电机绝缘材料,低碳经济与绝缘材料的发展方向,可用于核电发电机几类绝缘材料介绍-高可靠性 高强度多胶云母带 技术特征 可在170的情况下2.5小时内完成固化，其固化后玻璃化温度为143.7,155弯曲强度100MPa，远高于普通桐马酸酐体系的多胶云母带。 单面补强多胶云母带（云母含量50%） 技术特征 高云母含量：50-52% 结构整体性：优良的云母绝缘结构连续性 快固化工艺：170，2小时（=3.5mm）,低碳经济与绝缘材料的发展方向,发达国家大电机绝缘结构具有较高的云母含量（50-55%）稳定可靠的绝缘性能，良好的机械强度和155（F级）耐温性-成为国内主绝缘材料及结构制造技术的参照和依据。,国际先进水平： 导热率达到0.40.5 W/(mK)，比普通云母带提高4050% 代表产品： 高导热多胶粉云母带(ABB) 高导热少胶粉云母带(Isola),高导热云母带,低碳经济与绝缘材料的发展方向,层压制品 聚酰亚胺玻璃布层压板 EPGC系列环氧玻璃布板 EPGM系列环氧玻璃毡板 柔软复合制品 NHN柔软复合材料 无溶剂浸渍树脂 环氧-乙烯基树脂-苯乙烯系体系 环氧-酸酐体系,低碳经济与绝缘材料的发展方向,“核岛”内电气设备运行条件： 环境的温度及湿度较高（温度50，相对湿度80%） 有较强的放射性辐射（射线水平达0.5 Gy/h）,核岛内绝缘材料,“核岛”内电气设备运行条件苛刻，不能使用一般的绝缘材料，必须使用耐高温、耐辐射的绝缘材料，所用材料必须经过严格的辐射试验及性能试验。,低碳经济与绝缘材料的发展方向,绝缘材料中耐辐射性能较好材料有： 电磁线 双玻聚酰亚胺复合薄膜绕包铜扁线、单玻聚酰亚胺漆包铜扁线、聚酰亚胺耐热漆包线、聚酯亚胺漆包线、有机硅双玻铜扁线等 无溶剂浸渍漆 聚酰亚胺浸渍漆、聚酯亚胺浸渍漆、有机硅浸渍漆、双酚A环氧、脂环族环氧或酚醛环氧浸渍漆等,低碳经济与绝缘材料的发展方向,电工薄膜 聚酰亚胺薄膜-耐辐射性最好的薄膜 云母带 二苯醚玻璃粉云母带、有机硅云母带、脂环族环氧 玻璃粉云母带 防中子辐射复合材料 聚酰亚胺层、模压复合材料，含硼层、模压复合材料,低碳经济与绝缘材料的发展方向,33,第一代核电站建设于20世纪5060年代，采用原堆型。 第二代核电站从70年代至今，有多种堆型而且运行业绩良好，我国的技术水平还属于国际上第二代压水堆的核电技术水平。 第三代核电站研发始于90年代，安全和经济性能提高，市场前景乐观，2005年首堆工程开始建设，目前在国际上比较成熟的第三代核电压水堆有AP-1000、ERP和System80+三个型号，单机电功率能达1200MW - 1600MW 。,国际核电技术的发展趋势,低碳经济与绝缘材料的发展方向,34,第四代核电站兴起于90年代后期，尚在研究开发阶段，主要特点是更加安全、经济，资源利用率提高，废弃物量减少，具有防止核扩散等性能，特别是核燃料利用率大大提高，预计2035年将出现商用堆，超临界水冷堆属于第四代，它的发电热效能达44%，单机电功率能达1700MW。,随着核电单机容量进一步大型化，绝缘材料要紧跟其发展趋势，满足其要求。研发耐温等级更高、耐辐射性能更好的绝缘材料,低碳经济与绝缘材料的发展方向,太阳能发电,人类所需要的能源总量大约为130亿千瓦，地球上蕴含的风能、潮汐能总量不足100亿千瓦，地热能约120亿千瓦，而太阳能总量约为120万亿千瓦，为地球上蕴藏最丰富的能源 随着全世界光伏产业的高速发展，中国继续发挥制造业的传统优势，光伏组件制造业一跃成为世界光伏组件的制造大国。截至2009年，中国占据了全球市场40%的份额，而国内的消纳能力仅有这些产品的5%。,低碳经济与绝缘材料的发展方向,太阳能电池 硅基太阳能电池 转换效率较高，一般为1419% 薄膜太阳电池 薄膜电池的转换效率为612%左右,低碳经济与绝缘材料的发展方向,硅基光伏组件,低碳经济与绝缘材料的发展方向,水蒸气透过率1.5g/m2.24h；0.25mm；（85%湿度；85 ）， 普通 PET膜水蒸气透过率为2.5g/m2.24h；0.25mm 制作的太阳能背板组件的寿命要达到25年-耐候,太阳能电池背板基膜 专用聚酯薄膜，要求具有优异的物理机械性能、耐湿热性能、尺寸稳定性、电绝缘性能、阻燃性能、抗水蒸汽透过性。制作的太阳能背板组件的寿命要达到25年，关键技术指标如下：,低碳经济与绝缘材料的发展方向,电容器无功补偿,节能技术,进相机无功补偿,电磁调速控制技术,变频电机节能技术,低碳经济与绝缘材料的发展方向,变频电机节能技术,电动机系统运行效率的提高是电机系统节能之关键，要提高电动机系统效率首先从提升技术入手，变频调速技术的运用是目前国际上采用最主要的电动机节能技术和手段，也是电动机发展的方向。随着电机技术的发展和节能的需要，交流变频电机越来越被人们所认识和采用。,低碳经济与绝缘材料的发展方向,交流电机变频 调速技术,耐电晕绝缘材料,绝缘体系短时损坏,节电2548,电 晕,低碳经济与绝缘材料的发展方向,耐电晕聚酰亚胺薄膜,低碳经济与绝缘材料的发展方向,杜邦CR膜（100CR）,注1：测试条件：20kV/mm，50Hz 注2： 100HN为非耐电晕聚酰亚胺薄膜，100CR为耐电晕薄膜,电线电缆绝缘 航空导线绝缘 高压电机绝缘,耐电晕聚酰亚胺薄膜的应用,低碳经济与绝缘材料的发展方向,耐电晕薄膜绕包线 该产品是用耐电晕聚酰亚胺薄膜（Kapton CR）涂上氟树脂（FCR），叠包在裸扁铜线上并烧结成型，这种电磁线有良好的耐电晕性、导热性和耐热性（C级），性能稳定可靠 耐电晕薄膜绕包玻璃丝的导线 例如：单玻璃丝包双层聚酰亚胺薄膜绕包绕组线，其双面绝缘厚度为0.4mm，其特点是弯曲后的工频击穿电压在3kv以上，匝间绝缘在振动疲劳次数达到107次时，击穿电压才开始下降；耐热老化性能良好，耐温指数为F级；耐冲击电压性优良，试验表明用幅值为5KV的标准冲击波，连续冲击2.85106次，绕组线匝间绝缘不击穿,低碳经济与绝缘材料的发展方向,聚酰亚胺薄膜增强的H级耐电晕系列云母带 玻璃布耐电晕聚酰亚胺薄膜少胶云母带 耐电晕聚酰亚胺薄膜少胶粉云母带,低碳经济与绝缘材料的发展方向,目前国际市场上的耐电晕电磁线（漆）分类： 以美国Phelps Dodge公司的TZQS为代表的三层复合结构电磁线,耐电晕漆包线及漆,低碳经济与绝缘材料的发展方向,TZQS结构为铜导线(a)、耐高温的聚酯亚胺底漆 (b) 、专门的耐电晕中间涂层(c) 、聚酰胺酰亚胺面漆 (d) ： 由此组成的“sandwich”结构能够抵抗电晕脉冲对绝缘的冲击，防止绝缘过早损坏。中间涂层所用的专用电磁线漆含有TiSiZnMg等纳米金属氧化物，与云母绝缘一样，具有抵抗电压脉冲引起局部放电的能力，并能消除脉冲快速上升时间内积聚的空间电荷,低碳经济与绝缘材料的发展方向,单涂层的特种电磁线（原德国Herberts公司） 如E3599IPDR,它是一种能改善局部放电性能的耐高温漆包线漆，可提高局部放电的起始电压，适用于0.1 0.5mm的圆线，也适用于各种扁线，可使用模具或毛毡涂制1级或2级漆膜。据称可以涂制单涂层的特种电磁线,低碳经济与绝缘材料的发展方向,国内耐电晕漆包线及漆的性能,：a.线样为三层复合耐电晕漆包线。 b.在400ns、3000V、20KHz、90的测试条件下，线样耐电晕寿命为230小时，Phelps Dodge的耐电晕寿命为200小时 c.采用美国DEI公司的DTS1750A测试（25ns、3500V、20KHz、130），线样耐电晕寿命为4060分钟，Phelps Dodge的耐电晕寿命为3040分钟,低碳经济与绝缘材料的发展方向,应具备的特性是：有较高的耐热性能、密实无气隙、有较优良的耐电晕、耐局部放电、耐电腐蚀等方面的性能,不同耐热等级的变频绝缘材料其基体树脂也不同，如155级可以选用环氧树脂、聚酯亚胺等，电力机车配套的180级、200级变频绝缘材料选择聚酰亚胺等为基体树脂，再采用纳米技术填充足量的TiO2、Al(OH)3、SiO2或云母粉粒，可以改善其耐电晕、耐局部放电性能。这方面我国已初获成功，但还应继续研究,变频调速三相异步电动机和中高压交流变频调速电动机绝缘结构形式和要求有所不同，对绝缘材料的选用也有差异,为变频电机配套的绝缘材料的基本要求,低碳经济与绝缘材料的发展方向,绝缘材料在制造和应用过程中的减排技术,制造过程中的减排技术,应用过程中的减排技术,低碳经济与绝缘材料的发展方向,绝缘材料的制造过程中，有很大一部分产品使用各种有机溶剂做为稀释剂或者溶剂，其挥发后都将对环境产生较大的影响,制造过程中的减排技术,开发无溶剂、水溶性以及高固含量（少溶剂）产品以及高效催化燃烧技术等低环境污染的低碳技术是势在必行的。,云母带 柔软复合 预浸料（半固化片） 电工塑料,低碳经济与绝缘材料的发展方向,漆包线漆：开发高固含量漆包线漆、无溶剂漆包线漆、高效催化燃烧技术 浸渍漆（有溶剂、少溶剂、无溶剂）：开发水溶性浸渍漆、发展无溶剂浸渍漆 不饱和聚酯塑料（SMC、DMC）：开发少苯乙烯或无苯乙烯SMC、DMC塑料,应用过程中的减排技术,低碳经济与绝缘材料的发展方向,硅钢片漆 有机溶剂硅钢片漆 水溶性硅钢片漆,铁心绝缘,低碳经济与绝缘材料的发展方向,低碳经济与绝缘材料的发展方向,国务院确定新能源汽车等七大战略新兴产业 9月8日，国务院召开常务会议，审议并原则通过了国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定确定节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料和新能源汽车七个产业为战略性新兴产业，成为我国国民经济的先导产业和支柱产业，将加大财税金融等政策扶持力度，引导和鼓励社会资金投入，并设立战略性新兴产业发展专项资金。,行业发展机遇,低碳经济与绝缘材料的发展方向,谢谢,关于低碳经济与绝缘材料发展方向的思考,