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新能源发展趋势与绝缘材料发展机遇


新能源发展趋势与绝缘材料发展机遇

姜其斌

株洲时代电气绝缘有限责任公司,湖南 株洲 412000
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报告内容

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1. 新能源及其发展
2. 关键绝缘材料的发展机遇 3. 耐电晕绝缘材料的研究 4. 绝缘浸渍树脂的研究发展 5. 高性能绝缘材料的发展趋势

6. 时代绝缘的发展

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当前能源和生态形势

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CO2的排放发展

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新能源类型 目前国内主要发展的新能源: ? 水电、风电、太阳能发电、核电、海上发电(潮汐、 风电)、生物质能发电 ? 锂电、光伏、风能、核电、稀土、电动汽车。 ? 特点: ? 环保、低碳 ? 潜能巨大 ? 都存在着国家政策的支持和倾斜 ? 不受地缘影响或者影响有限(很小);
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中国发展的发电装机预测

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环境保护与节能国家政策
环境保护和节能降耗是当今社会、经济发展的两个重要主题。

国家已经针对这两个方面做出了明确战略部署,实施了新能源产
业战略发展计划,实现2020年非化石能源占一次能源消费比重达 到15%的能源调整。在最新的国家“十二、五”规划5万亿投资中, 约有60%将用于核电、风电、太阳能、水电等新能源的投资。 积极发展新能源,大力推进节能降耗,加大水电、核电、风 电、太阳能等绿色能源的开工规模,加快能源基地建设,是实现 环境保护的重要途径。这也让电力装备制造业的发展也走上了快

速发展的通道。而新型材料的发展将在新能源中扮演极其重要的
角色,绝缘材料的发展获得了难得的发展机遇。

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国家节能政策
在积极发展新能源的同时,由于环境污染和资源匮乏等 问题日趋严重,减少二氧化碳排放的节能技术日渐成为科 学研究的热点,开发先进而有效的节能降耗新技术也成为

过程工业研究的一大热点问题。其中最关键的要点还是新
型高效能材料的工程化应用。 因此节能减排,低碳经济既是社会责任和社会动力,有

着强大的经济动力,将会迎来巨大的发展机遇。
综述文章重点阐述了风力发电、水电以及太阳能发电的 发展趋势,简单剖析了产业发展的瓶颈,展望了电力装备

制造中几种关键绝缘材料的发展趋势。
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2008年中国电力装机构成

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2020年中国电力装机构成

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风能的发展
16000 300%

14000
12000

250%
200%

10000 8000
6000

150% 100%
50%

4000
2000

0

0%

累计装机量(万千瓦)

年增长(新增装机)

图1:2009-2020年我国风电装机预测(单位:万千瓦)

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风能发展的问题
近年来,一大批具备实力的公司开始进入风电设备研发与生产领 域,国内风电设备制造企业不断增加,国内外风电设备制造如

VESTAS 、GE、SUZLON 、金风科技、东方电气、大连华锐等公司也
开始在内地陆续建厂,使风电设备配件及材料需求呈供不应求的 态势。

与风电产业迅猛发展形成日渐鲜明对比的国家电网建设的滞后现
状: 风电并网接入难、 风电调峰能力不够、 风电送出受限等阻力,导致产能迅速过剩。 现在风电设备制造已经成为国家的调控重点产业。
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太阳能发电的发展

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太阳能光伏发电的优点

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太阳能发电容量预测

1200

1000
918 900 754 671 589 600 425 343 300 96 0 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 261 178 507 836

图2: 2010-2020年中国太阳能发电装机容量预测(单位:万千瓦)

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高倍聚光太阳能电池

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薄膜太阳电池

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太阳能的发展
表1:2010年太阳能产业的投资预算 投入项目 金额(百万美元)

光伏电池
太阳能集中转换 太阳能系统集成 市场转化

152
98.2 30.7 21.5

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太阳能光伏发电的缺点

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太阳能发展问题

最近5 年,全世界光伏行业的年增长率保持在 50%左右。随着欧美日本光 伏发电技术的成熟,光伏发电产业市场成熟且在低碳经济形势下继续呈

现强劲增长态势,在新能源中的比例还会提高。我国在政策支持下,产
业规模迅速扩大,国内市场规模已达数百亿,而且呈现爆发式增长。太 阳能的利用也成为世界上发展速度最快的绿色能源之一。 关键材料制造技术欠缺; 逆变电源技术和产能还有待提升; 系统集成能力仅处于示范阶段; 光伏微电网系统关键技术; 光伏并网逆变器的实时控制; 远程监控技术还不成熟。

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水力发电的发展 中国水电将在2015年前完成7000万-8000万千瓦的 新增装机容量。 为实现2020年节能减排目标,届时水电装机容量须 达到3.8亿千瓦。水电至少要出力9%。 2020年前,40个装机100万KW以上的特大型小水 电基地,10个装机500万KW以上的小水电强省。 7000万千瓦-8000万千瓦能拉动8000亿的投资规 模。“其中40%-50%将用于大坝建设,建材、水 泥、钢材等产业会受益;20%将投到发电设备制造 业。

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节能减排产业发展

减少二氧化碳的排放; 有变废为宝的科研发展和举措。(自主研发二氧化 碳聚合物、收集二氧化碳)。

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电力装备制造业发展

从电力系统的装备发电 电力系统的装备输变电 电力系统的用电

很好的发展

这也让电力系统装备用的绝缘材料有良好的发 展机遇。

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主要装备:电机寿命的影响因素

电机的寿命主要取决于绝缘的寿命
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绝缘结构的发展历程
Year 1911 Year 1940 Year 1960 Year 1980

> 2000

80.36 mm

128.45 mm

42.4 mm 21.36 mm 20.41 mm 19.01 mm 17.1 mm

(4.6 mm)

78.89 mm

73.64 mm

69.82 mm

(4.1 mm)

(3.4 mm)

(2.5 mm)

环氧云母带
(15.1 mm)

环氧聚酯薄膜云母带

虫胶云母片

沥青云母片

环氧玻璃布云母带

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绝缘材料的发展趋势 1. 节能与新能源发展方向的发展速度均很快。风 电的发展速度超过了核电。 2. 这些电力装备制造业中有大量的绝缘材料的制 造机遇。 3. 绝缘材料的发展朝着有利于节能,减排、低碳 经济的方向进一步的发展。(比如:薄膜) 4. 各种类型的绝缘材料均在绝缘结构设计思路上 有了显著的变化。 5. 新型的绝缘材料不断扩充,要求发展耐高压、 耐热绝缘,无溶剂无公害绝缘,复合绝缘,耐腐蚀、 耐水、耐油、耐深冷、耐辐照及阻燃材料。
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新型绝缘材料(耐电晕绝缘材料)-理论研究
? 复合电磁线匝间区域绝缘层电晕试验后的对比

传统复合电磁线

耐电晕复合电磁线

复合电磁线匝间区域绝缘层电晕试验后的结构示意图 传统复合电磁线的绝缘层随着电晕放电的持续而发生高分子材料的降解, 耐电 晕复合电磁线的绝缘层也随着电晕放电的持续而发生高分子材料的降解,但面漆 中大量超细无机填料却遗留在绝缘表面,并且逐渐填充在匝间的气隙中。

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新型绝缘材料(耐电晕绝缘材料)-产品研制
? 产品研制关键环节
? 溶剂性质 ? 分散剂选择 ? 润湿剂选择 ?分散手段的确定 ? 铜材要求 ? 漆包工艺确定 ? 耐电晕漆的厚度 ? 性能检测

表面改 性研究

纳米材料分 散液制备

原位聚 合工艺

漆包线 研制

? 表面状态研究
? 表面改性剂选择 ? 改性工艺选择 ? 干燥工艺选择

? 漆包线树脂确定
? 合成工艺 ? 参数调控 ?结构分析

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新型绝缘材料(耐电晕绝缘材料)-产品研制
?耐电晕漆包线应用情况
线圈 嵌线后的定子 绝缘处理后的定子

电动汽车
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TQB101B型电机

电机绝缘浸渍树脂的发展
美国西屋公司 不饱和聚酯树脂 浸渍漆体系 环氧酸酐不饱和 环氧酸酐苯乙烯 聚酯树脂苯乙 活性稀释剂 烯活性稀释剂 浸渍漆体系 浸渍漆体系 环氧酸酐环氧 活性稀释 剂体系

美国西屋公司的Theralastic绝缘是目前世界上大型高压电机少胶VPI绝缘的典型代表。 德国西门子公司 环氧酸酐不饱 和聚酯苯乙 烯活性稀释 剂浸渍漆体 系 纯环氧酸酐浸 渍漆体系

德国西门子公司的Micalastic绝缘是目前世界上最先进的中型高压电机少胶VPI绝缘。 ISONLA公司 有机硅硅乙烯 基和硅氢加 成浸渍漆体 系

ISONLA公司的有机硅浸渍漆体系绝缘是目前世界上大功率牵引电机的绝缘系统

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绝缘浸渍树脂发展方向

绝缘浸渍漆的发展越来越明确在如下几个方向:
1. 向更高的耐热等级发展; 2. 由无溶剂漆向少污染、无污染、水溶剂的环保型漆

转变;
3. 向着无气味、低气味方向的浸渍树脂方向发展; 4. 向低温快固化发展,适应机械化、自动化浸渍工艺

的要求的浸渍漆方向发展;
5. 向有着特殊性能如耐电晕、耐冷媒、耐盐雾、紫外 线等的绝缘浸渍漆方向发展。
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时代绝缘核心技术发展

1.? 大功率牵引电机用绝缘材料及其结构研究(有机硅) 绝缘树脂合成及改性技术

2. 兆瓦级风力发电机绝缘材料及其结构的研究与材料产业化
3. 直线电机用绝缘材料国产化研究 4. 高压电机用绝缘浸渍漆的研究(环氧酸酐) 5. 薄膜云母带系列产品研究及产业化 6. 表面绝缘漆

浸渍线圈 有机硅浸渍漆样品
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聚酯亚胺浸渍漆样品

绝缘浸渍树脂发展方向 绝缘浸渍树脂关注的重要性能
? ? ? ? ? ? ? ? 低粘度浸渍漆 高触变树脂体系,可得到触变性产品 显著的散热性能和降噪效能 高介电强度 良好的粘结强度;优异的耐化学和耐潮湿性 极好的储存稳定性 低挥发物,气味小 优异的使用历史 预催化,单组分,高稳定性

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云母带与薄膜产品发展方向
? 低胶含量聚酯薄膜云母带产品

? 聚酰亚胺薄膜云母带产品
? 有机硅少胶云母带产品(有机硅绝缘结构) ? 柔软复合材料制品

? 200级以上云母带制品

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时代绝缘核心技术
? 绝缘结构设计及应用技术; ? 绝缘树脂合成及改性技术; ? 高分子材料复合与制备应用技术; ? 特种电磁线及绝缘应用技术; ? 装备和分析检测技术。

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特种电磁线系列 特种电磁线系列:
? ? ? ? ? ? 聚酰亚胺薄膜烧结聚酯薄膜粉云母带绕包铜扁线 耐电晕薄膜烧结电磁线(机车电机、动车电机用) 各级别的丝包绕组线 纸包绕组线 漆包绕组线 换位导线

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特种电磁线产品

双玻璃丝包薄膜 绕包铜扁线具有 较强的机械强度 和过载能力,自 粘性良好
纸包线 适用于 油浸变 压器中 耐电压 性能良 好
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Kapton FCR薄膜 薄膜绕 绕包线 包线适 适于电 于动车 力机车 线圈绕 Nomex纸 组 线圈绕 包线适 组 用于干 玻璃丝 式变压 云母绕 包线具 器绕组 包线适 有较强 及起重 用于高 的机械 电磁铁 压电机 强度和 绕组上, 绕组 耐过载 可代替 能力 聚酰、 聚酯亚 胺漆包

聚酰亚胺薄膜绕包 线耐电压性能、耐 过载性能、耐电晕 性能均好,适于大、 中型高压电机、电 器绕组 云母绕包 线、聚酰 亚胺薄膜 /云母绕 包线适用 于1.5MW 风力发电 机用

结束语

电力装备制造业的发展日新月异,这也给绝缘材料
的产业发展带来了极好的机遇,但是必须不断利用节 能减排和低碳技术新成果才能有更好的发展机会。 作为绿色能源产业的主要的材料供应商,绝缘材料 行业的发展必须重点抓出节能减排,低碳经济给我们 带来的机遇,勇敢面对挑战,做好绝缘材料的研究开 发工作。

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个人承担的国家、省部级项目
? 姜其斌,博士,教授级高级工程师,从事绝缘材料的研 究开发工作,联系电话0731-27626996,E-mail: jiangqibin@teg.cn。 ? 感谢如下国家、省部级项目的支持: 1. 国家863计划项目,电动汽车电机用高性能低成本绝缘材 料及其结构的研究(2006AA11A178); 2. 湖南省经济委员会企业技术创新项目,高压变频环境用 纳米级耐电晕聚酰亚胺材料的开发与应用;(2005年) 3. 中国南车科技项目:轨道交通机车牵引电机的关键绝缘 材料项目(南车技〔2007〕102 号) 4. 湖南省推进新型工业化“双百”工程项目,轨道交通用 绝缘材料及功能材料的产业化。(2008年)
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谢谢!

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