吳曉丹 張華
隨著(zhù)各行業(yè)復工復產(chǎn)的有序展開(kāi)，經(jīng)濟逐漸恢復，立足于科技端基礎設施建設的“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(chē)及充電樁、人工智能、云計算大數據中心等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(zhuān)業(yè)人士指出，非晶合金在“新基建”領(lǐng)域有可能“上對了轎子嫁對了郎”。
非晶合金是由超急冷凝固、合金凝固時(shí)，原子來(lái)不及有序排列形成的結晶，以長(cháng)程無(wú)序結構，沒(méi)有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在。其具有耐腐蝕、小型化等許多獨特的性能，尤其是在軟磁性能方面具有獨特優(yōu)勢，如具有高飽和磁感應強度(1.54T)，磁導率、激磁電流和鐵損等性能優(yōu)于其他軟磁材料，可用于制造現代高科技設備或產(chǎn)品中的關(guān)鍵磁組件。
吹響非晶合金市場(chǎng)“沖鋒號”
據相關(guān)統計數據，截至3月1日，全國已有13個(gè)?。ㄖ陛犑?、自治區）發(fā)布了2020年重點(diǎn)項目投資計劃清單，總投資額達到33.83萬(wàn)億元，隨著(zhù)其他地區相關(guān)計劃逐漸發(fā)布，預計投資額很快會(huì )超過(guò)50萬(wàn)億元。從已披露具體投資計劃的地區來(lái)看，基建投資是各地投資計劃中的重要組成部分，部分地區基建計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，中國信息通信研究院副院長(cháng)王志勤發(fā)文稱(chēng)，截至今年2月初，三大運營(yíng)商共在全國開(kāi)通5G基站約15.6萬(wàn)座。她表示，今年是我國5G網(wǎng)絡(luò )建設的關(guān)鍵期，預計2020年底全國范圍內將累計開(kāi)通5G基站超過(guò)55萬(wàn)座，實(shí)現地級市室外連續覆蓋、縣城及鄉鎮重點(diǎn)覆蓋、重點(diǎn)場(chǎng)景室內覆蓋。根據相關(guān)分析，2022年~2023年，全球新建5G基站的數量將達到約288萬(wàn)座。
“新基建”政策利好也將加速對充電樁板塊的投資，整個(gè)充電樁行業(yè)將因此受益。2020年1月份，中國電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施促進(jìn)聯(lián)盟發(fā)布的《2019-2020年度中國充電基礎設施發(fā)展年報》顯示，截至2019年12月底，全國充電基礎設施累計數量為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)站建設數量達到3.6萬(wàn)座。預計2020年新增公共充電場(chǎng)站1.2萬(wàn)座，公共充電場(chǎng)站保有量達到4.8萬(wàn)座。如果按照一輛新能源汽車(chē)對應一個(gè)充電樁的匹配要求，2020年要達到500萬(wàn)輛的保有量目標，就需要500萬(wàn)個(gè)充電樁。此外，以目前國網(wǎng)充電樁設備的中標價(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年我國充電樁設備市場(chǎng)空間大約為1120億元，市場(chǎng)增長(cháng)空間依然很大。
大數據中心作為“新基建”七大領(lǐng)域之一，為經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展提供堅實(shí)的“數字底座”。隨著(zhù)5G商用加快，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)海量數據將被挖掘，數據資源云化推動(dòng)IDC（互聯(lián)網(wǎng)數據中心）產(chǎn)業(yè)升級。2020年，IDC市場(chǎng)規模有望突破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(cháng)、帶動(dòng)力強、經(jīng)濟社會(huì )效益顯著(zhù)等優(yōu)勢。目前，國網(wǎng)公司已明確2020年特高壓建設項目投資規模為1128億元，可帶動(dòng)社會(huì )投資2235億元，整體規模近5000億元。
在以上“新基建”領(lǐng)域中，非晶合金材料的應用前景均非常廣闊。
按下非晶合金需求“快捷鍵”
在“新基建”建設中，5G基站、光伏逆變器、軌道交通變壓器、新能源汽車(chē)及充電樁、大數據中心變電站，以及特高壓控制柜等關(guān)鍵配套設備或元器件對相關(guān)制造材料要求很高?；诩夹g(shù)的考量，結合相關(guān)技術(shù)人員設計的需要，非晶合金在很多關(guān)鍵配套設備上都大有可為。
首先，非晶磁粉材料在5G基站建設中應用前景非常廣闊。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(zhù)頻率的提升和精度要求的提高，相關(guān)配套5G基站的器件設計將轉向新型器件。此外，5G基站建設還增加了被動(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(mǎn)足5G基站建設要求。
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階段，光伏逆變器的轉換效率最高達到97%~99%；MPPT控制器（最大功率點(diǎn)跟蹤太陽(yáng)能控制器）效率最高達到98%~99.9%；單機最大功率大概為2.5兆瓦；電路拓撲結構目前主要是以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（金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管）為輔；目前電壓等級在1000伏以?xún)取?/span>
但隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)頻率會(huì )逐步提高，3電平會(huì )將會(huì )替代傳統的2電平，而這需要使用非晶磁芯來(lái)實(shí)現。由此可見(jiàn)，非晶磁芯應用在大功率光伏逆變器的優(yōu)越性將能得到充分體現。
三是非晶干式變壓器在城際軌道交通領(lǐng)域有應用市場(chǎng)。非晶變壓器通過(guò)掛網(wǎng)實(shí)測，能大大降低供電系統的自損耗，同時(shí)有著(zhù)明顯的節能優(yōu)勢，噪聲滿(mǎn)足規范要求，不影響推廣應用，尺寸和重量不影響建筑規模及安裝，壽命比硅鋼變壓器更長(cháng)，綜合經(jīng)濟效益非?？捎^(guān)。
這里借鑒城市軌道交通的應用。根據城市軌道交通牽引負荷的特點(diǎn)，非晶變壓器作為整流變壓器應用于城市軌道交通，節能前景較為廣闊，且有城市已經(jīng)率先應用。比如，2019年上海地鐵1號線(xiàn)~17號線(xiàn)設計使用了“35KV干式非晶合金牽引整流變壓器”，該變壓器可持續使用30年~40年，且比原變壓器節能70%。非晶干式變壓器在北京地鐵8號線(xiàn)、燕房線(xiàn)實(shí)際工程中也完成了示范應用。此外，廣州、南京、成都等城市的軌道交通建設也把非晶變壓器作為首選。
四是新能源汽車(chē)和充電樁將依賴(lài)非晶合金材料制造的器件。目前，新能源汽車(chē)單車(chē)粉芯模壓電感器用量平均已經(jīng)超過(guò)1000只，高端汽車(chē)的用量則達到10000只/輛，且仍在繼續增長(cháng)。
非晶和納米晶材料由于其特殊的結構和優(yōu)異的綜合軟磁性能，特別適用于制造各類(lèi)中高頻變壓器、高性能電感器和濾波器、高精度電磁測量和傳感器、高性能電磁屏蔽和吸波材料等。電動(dòng)汽車(chē)的電驅動(dòng)系統、電控系統、充電系統，以及充電樁需要使用到磁性器件，目前來(lái)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(chē)對非晶等模壓電感器用量約為9200只，Modle S和Modle X車(chē)型單車(chē)所用非晶等模壓電感器均在10000只以上。
同時(shí)，充電站建設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(kāi)式干式變壓器具有低損耗、低噪聲、防火防爆、過(guò)負荷能力強、體積小、諧波濾除效果好等特點(diǎn)，相比傳統干式變壓器更適合新能源汽車(chē)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據中心的建設中也有應用。大數據中心能夠為經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展提供堅實(shí)的“數字底座”，高等級綠色、節能環(huán)保的新一代數據中心是這個(gè)時(shí)代的呼喚。數據顯示，機房電費占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，空載損耗可下降65%~70%。目前，多家企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始使用非晶合金變壓器來(lái)替代原干式變壓器，如百度在山西陽(yáng)泉建立的數據中心、京東的第一個(gè)自建數據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”
我國非晶合金產(chǎn)業(yè)起步晚，但發(fā)展迅速，現已成為全球最大的產(chǎn)業(yè)基地。據中國電器工業(yè)協(xié)會(huì )非晶合金材料應用分會(huì )大數據中心統計，截至2019年底，我國配電用寬帶企業(yè)有11家，設計產(chǎn)能為35萬(wàn)噸；納米晶企業(yè)有240家，設計產(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)展水平不僅在國內得到肯定，如特變電工、置信電氣、海鴻電氣、中天伯樂(lè )達等非晶變壓器質(zhì)量得到國網(wǎng)肯定，而且有多家企業(yè)的產(chǎn)品已處于國際領(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)和指標達到發(fā)達國家技術(shù)水平；寧波畢普拉斯納米晶作為無(wú)線(xiàn)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(kāi)始供應到5G基站等“新基建”項目建設中。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，均設有國家或者省市級別的非晶產(chǎn)業(yè)研究院或孵化基地。近年來(lái)，國際頂尖期刊不斷發(fā)表我國非晶合金科技成果，也顯示出我國在非晶材料領(lǐng)域的話(huà)語(yǔ)權。
“新基建”的建設為非晶材料的應用開(kāi)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(jué)，也要有創(chuàng )新乏力的警覺(jué)，更需要聯(lián)合培育壯大市場(chǎng)的自覺(jué)，共同推動(dòng)非晶合金產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。
《中國冶金報》（2020年03月26日 03版三版）
