吳曉丹 張華
隨著各行業(yè)復(fù)工復(fù)產(chǎn)的有序展開，經(jīng)濟(jì)逐漸恢復(fù)，立足于科技端基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的“新基建”，成為近期關(guān)注熱點(diǎn)?！靶禄ā敝饕婕?G基站及其應(yīng)用、光伏電網(wǎng)及特高壓、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、城際高速鐵路和城際軌道交通、新能源車及充電樁、人工智能、云計(jì)算大數(shù)據(jù)中心等7大領(lǐng)域。高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵在材料。研究“新基建”的專業(yè)人士指出，非晶合金在“新基建”領(lǐng)域有可能“上對(duì)了轎子嫁對(duì)了郎”。
非晶合金是由超急冷凝固、合金凝固時(shí)，原子來不及有序排列形成的結(jié)晶，以長(zhǎng)程無(wú)序結(jié)構(gòu)，沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在。其具有耐腐蝕、小型化等許多獨(dú)特的性能，尤其是在軟磁性能方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，如具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(1.54T)，磁導(dǎo)率、激磁電流和鐵損等性能優(yōu)于其他軟磁材料，可用于制造現(xiàn)代高科技設(shè)備或產(chǎn)品中的關(guān)鍵磁組件。
吹響非晶合金市場(chǎng)“沖鋒號(hào)”
據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至3月1日，全國(guó)已有13個(gè)?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)）發(fā)布了2020年重點(diǎn)項(xiàng)目投資計(jì)劃清單，總投資額達(dá)到33.83萬(wàn)億元，隨著其他地區(qū)相關(guān)計(jì)劃逐漸發(fā)布，預(yù)計(jì)投資額很快會(huì)超過50萬(wàn)億元。從已披露具體投資計(jì)劃的地區(qū)來看，基建投資是各地投資計(jì)劃中的重要組成部分，部分地區(qū)基建計(jì)劃投資額甚至占到了總投資額的一半以上，“新基建”正包含在其中。
3月4日，中國(guó)信息通信研究院副院長(zhǎng)王志勤發(fā)文稱，截至今年2月初，三大運(yùn)營(yíng)商共在全國(guó)開通5G基站約15.6萬(wàn)座。她表示，今年是我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的關(guān)鍵期，預(yù)計(jì)2020年底全國(guó)范圍內(nèi)將累計(jì)開通5G基站超過55萬(wàn)座，實(shí)現(xiàn)地級(jí)市室外連續(xù)覆蓋、縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)重點(diǎn)覆蓋、重點(diǎn)場(chǎng)景室內(nèi)覆蓋。根據(jù)相關(guān)分析，2022年~2023年，全球新建5G基站的數(shù)量將達(dá)到約288萬(wàn)座。
“新基建”政策利好也將加速對(duì)充電樁板塊的投資，整個(gè)充電樁行業(yè)將因此受益。2020年1月份，中國(guó)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟發(fā)布的《2019-2020年度中國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展年報(bào)》顯示，截至2019年12月底，全國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施累計(jì)數(shù)量為121.9萬(wàn)個(gè)，其中公共充電樁為51.6萬(wàn)個(gè)，私人充電樁為70.3萬(wàn)個(gè)；充電場(chǎng)站建設(shè)數(shù)量達(dá)到3.6萬(wàn)座。預(yù)計(jì)2020年新增公共充電場(chǎng)站1.2萬(wàn)座，公共充電場(chǎng)站保有量達(dá)到4.8萬(wàn)座。如果按照一輛新能源汽車對(duì)應(yīng)一個(gè)充電樁的匹配要求，2020年要達(dá)到500萬(wàn)輛的保有量目標(biāo)，就需要500萬(wàn)個(gè)充電樁。此外，以目前國(guó)網(wǎng)充電樁設(shè)備的中標(biāo)價(jià)格估算（直流充電樁8萬(wàn)元/套，交流充電樁約為0.8萬(wàn)元/套），2020年我國(guó)充電樁設(shè)備市場(chǎng)空間大約為1120億元，市場(chǎng)增長(zhǎng)空間依然很大。
大數(shù)據(jù)中心作為“新基建”七大領(lǐng)域之一，為經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的“數(shù)字底座”。隨著5G商用加快，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)將被挖掘，數(shù)據(jù)資源云化推動(dòng)IDC（互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）產(chǎn)業(yè)升級(jí)。2020年，IDC市場(chǎng)規(guī)模有望突破2000億元。
特高壓作為“新基建”七大領(lǐng)域之一，指明了經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)提質(zhì)振興的主攻方向，具有產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、帶動(dòng)力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著等優(yōu)勢(shì)。目前，國(guó)網(wǎng)公司已明確2020年特高壓建設(shè)項(xiàng)目投資規(guī)模為1128億元，可帶動(dòng)社會(huì)投資2235億元，整體規(guī)模近5000億元。
在以上“新基建”領(lǐng)域中，非晶合金材料的應(yīng)用前景均非常廣闊。
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在“新基建”建設(shè)中，5G基站、光伏逆變器、軌道交通變壓器、新能源汽車及充電樁、大數(shù)據(jù)中心變電站，以及特高壓控制柜等關(guān)鍵配套設(shè)備或元器件對(duì)相關(guān)制造材料要求很高?；诩夹g(shù)的考量，結(jié)合相關(guān)技術(shù)人員設(shè)計(jì)的需要，非晶合金在很多關(guān)鍵配套設(shè)備上都大有可為。
首先，非晶磁粉材料在5G基站建設(shè)中應(yīng)用前景非常廣闊。5G的高傳輸速度和廣覆蓋特性要求5G關(guān)鍵電感器具備容量范圍大、體積超小、額定電壓高、高頻特性好等特性；5G基站功率放大器需要實(shí)現(xiàn)更大的輸出功率和更高的工作頻率；在介質(zhì)濾波器和表面聲波濾波器方面，隨著頻率的提升和精度要求的提高，相關(guān)配套5G基站的器件設(shè)計(jì)將轉(zhuǎn)向新型器件。此外，5G基站建設(shè)還增加了被動(dòng)元件的需求，而由非晶材料制作的這些電感器、功率放大器、介質(zhì)濾波器等可以很好地滿足5G基站建設(shè)要求。
二是光伏行業(yè)快速發(fā)展需要使用非晶材料制造的器件?，F(xiàn)階段，光伏逆變器的轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)到97%~99%；MPPT控制器（最大功率點(diǎn)跟蹤太陽(yáng)能控制器）效率最高達(dá)到98%~99.9%；單機(jī)最大功率大概為2.5兆瓦；電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)目前主要是以2電平為主，少量為3電平；冷卻方式以風(fēng)冷為主，少量為自冷、液冷；功率器件以IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）為主，MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）為輔；目前電壓等級(jí)在1000伏以內(nèi)。
但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)頻率會(huì)逐步提高，3電平會(huì)將會(huì)替代傳統(tǒng)的2電平，而這需要使用非晶磁芯來實(shí)現(xiàn)。由此可見，非晶磁芯應(yīng)用在大功率光伏逆變器的優(yōu)越性將能得到充分體現(xiàn)。
三是非晶干式變壓器在城際軌道交通領(lǐng)域有應(yīng)用市場(chǎng)。非晶變壓器通過掛網(wǎng)實(shí)測(cè)，能大大降低供電系統(tǒng)的自損耗，同時(shí)有著明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，噪聲滿足規(guī)范要求，不影響推廣應(yīng)用，尺寸和重量不影響建筑規(guī)模及安裝，壽命比硅鋼變壓器更長(zhǎng)，綜合經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。
這里借鑒城市軌道交通的應(yīng)用。根據(jù)城市軌道交通牽引負(fù)荷的特點(diǎn)，非晶變壓器作為整流變壓器應(yīng)用于城市軌道交通，節(jié)能前景較為廣闊，且有城市已經(jīng)率先應(yīng)用。比如，2019年上海地鐵1號(hào)線~17號(hào)線設(shè)計(jì)使用了“35KV干式非晶合金牽引整流變壓器”，該變壓器可持續(xù)使用30年~40年，且比原變壓器節(jié)能70%。非晶干式變壓器在北京地鐵8號(hào)線、燕房線實(shí)際工程中也完成了示范應(yīng)用。此外，廣州、南京、成都等城市的軌道交通建設(shè)也把非晶變壓器作為首選。
四是新能源汽車和充電樁將依賴非晶合金材料制造的器件。目前，新能源汽車單車粉芯模壓電感器用量平均已經(jīng)超過1000只，高端汽車的用量則達(dá)到10000只/輛，且仍在繼續(xù)增長(zhǎng)。
非晶和納米晶材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的綜合軟磁性能，特別適用于制造各類中高頻變壓器、高性能電感器和濾波器、高精度電磁測(cè)量和傳感器、高性能電磁屏蔽和吸波材料等。電動(dòng)汽車的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、充電系統(tǒng)，以及充電樁需要使用到磁性器件，目前來看，非晶和納米晶合金是最為理想的軟磁材料。特斯拉Modle 3單車對(duì)非晶等模壓電感器用量約為9200只，Modle S和Modle X車型單車所用非晶等模壓電感器均在10000只以上。
同時(shí)，充電站建設(shè)也需要使用非晶合金材料。充電站位于商業(yè)中心、行政中心、居民中心等人員密集地方，這就對(duì)所用變壓器提出了新的要求，即要求所用非晶干式變壓器更環(huán)保、更安全、更可靠和體積緊湊。非晶立體卷鐵心敞開式干式變壓器具有低損耗、低噪聲、防火防爆、過負(fù)荷能力強(qiáng)、體積小、諧波濾除效果好等特點(diǎn)，相比傳統(tǒng)干式變壓器更適合新能源汽車充電站的使用要求，具有廣闊的發(fā)展前景。
最后，非晶合金變壓器在大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中也有應(yīng)用。大數(shù)據(jù)中心能夠?yàn)榻?jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的“數(shù)字底座”，高等級(jí)綠色、節(jié)能環(huán)保的新一代數(shù)據(jù)中心是這個(gè)時(shí)代的呼喚。數(shù)據(jù)顯示，機(jī)房電費(fèi)占IDC總成本的一半。非晶合金變壓器相較普通干式變壓器的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，空載損耗可下降65%~70%。目前，多家企業(yè)已經(jīng)開始使用非晶合金變壓器來替代原干式變壓器，如百度在山西陽(yáng)泉建立的數(shù)據(jù)中心、京東的第一個(gè)自建數(shù)據(jù)中心均采用了非晶合金變壓器。
為非晶合金產(chǎn)業(yè)接上“助推器”
我國(guó)非晶合金產(chǎn)業(yè)起步晚，但發(fā)展迅速，現(xiàn)已成為全球最大的產(chǎn)業(yè)基地。據(jù)中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)非晶合金材料應(yīng)用分會(huì)大數(shù)據(jù)中心統(tǒng)計(jì)，截至2019年底，我國(guó)配電用寬帶企業(yè)有11家，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為35萬(wàn)噸；納米晶企業(yè)有240家，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為4.6萬(wàn)噸；非晶粉末企業(yè)有6家；塊體非晶企業(yè)有11家；其他母合金等配套企業(yè)有23家，基本上實(shí)現(xiàn)了非晶合金產(chǎn)業(yè)的全覆蓋。
這些企業(yè)的發(fā)展水平不僅在國(guó)內(nèi)得到肯定，如特變電工、置信電氣、海鴻電氣、中天伯樂達(dá)等非晶變壓器質(zhì)量得到國(guó)網(wǎng)肯定，而且有多家企業(yè)的產(chǎn)品已處于國(guó)際領(lǐng)先水平，如青島云路的非晶寬帶、非晶粉末產(chǎn)量全球領(lǐng)先，非晶寬帶M帶材、納米晶超薄帶關(guān)鍵技術(shù)和指標(biāo)達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家技術(shù)水平；寧波畢普拉斯納米晶作為無(wú)線充電關(guān)鍵材料，為全球多家知名企業(yè)供貨等。此外，華為、麥捷科技、順絡(luò)電子、青島云路、金川電子等非晶粉芯器件已經(jīng)開始供應(yīng)到5G基站等“新基建”項(xiàng)目建設(shè)中。塊體非晶、非晶涂層、非晶粉末3D打印等也在不斷發(fā)展。
此外，我國(guó)支撐非晶合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展的科研實(shí)力不容小覷。在北京、廣東、江蘇、上海、浙江、山東、河南等地，均設(shè)有國(guó)家或者省市級(jí)別的非晶產(chǎn)業(yè)研究院或孵化基地。近年來，國(guó)際頂尖期刊不斷發(fā)表我國(guó)非晶合金科技成果，也顯示出我國(guó)在非晶材料領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)。
“新基建”的建設(shè)為非晶材料的應(yīng)用開啟了一個(gè)廣闊的空間。要想在“新基建”領(lǐng)域大展宏圖，非晶合金相關(guān)制造企業(yè)、科研單位既要有敏銳的市場(chǎng)嗅覺，也要有創(chuàng)新乏力的警覺，更需要聯(lián)合培育壯大市場(chǎng)的自覺，共同推動(dòng)非晶合金產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。
《中國(guó)冶金報(bào)》（2020年03月26日 03版三版）
