中國冶金報社
記者 趙萍 攝影報道
圖為會場
當(dāng)前，我國固態(tài)變壓器的研發(fā)與國際同步，正是抓住機(jī)遇、大力發(fā)展、進(jìn)而搶占先機(jī)的關(guān)鍵期。5月15日，來自國內(nèi)科研院所、高等院校、龍頭企業(yè)、行業(yè)協(xié)會等的專家齊聚江蘇鹽城，帶著各自團(tuán)隊(duì)的最新研究成果，圍繞非晶納米晶鐵心在固態(tài)變壓器中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)熱點(diǎn)話題進(jìn)行了深入交流探討。
固態(tài)變壓器（SST）是一種基于半導(dǎo)體器件（如MOSFET、IGBT）實(shí)現(xiàn)電能變換的電力設(shè)備。其通過高頻電磁感應(yīng)技術(shù)替代傳統(tǒng)鐵芯線圈結(jié)構(gòu)，能夠靈活調(diào)節(jié)電壓、頻率和功率特征，具有高能量轉(zhuǎn)換效率、體積小、重量低、噪聲小、可集成智能控制功能等核心優(yōu)勢，其的研發(fā)和突破是新型電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大力發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)支撐。
從材料革新的角度看，非晶納米晶具有非晶相提供高電阻率降低渦流損耗、納米晶相賦予優(yōu)異軟磁性能的“雙重性格”，使得其在同等磁密條件下，較其他磁性材料在固態(tài)變壓器上的應(yīng)用優(yōu)勢更明顯。
會議透露，通過非晶納米晶材料替代傳統(tǒng)鐵氧體等軟磁材料，可降低固態(tài)變壓器30%的制造成本并減少碳排放，預(yù)計到2030年，將為全球能源系統(tǒng)年節(jié)電超500億千瓦時，是推動綠色能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，國內(nèi)已生產(chǎn)出厚度在12微米以下的極薄納米晶材料，損耗相較常規(guī)納米晶可進(jìn)一步降低超50%。可見，對非晶納米晶鐵心的研發(fā)突破有望進(jìn)一步推動新型電力系統(tǒng)所需材料的變革。
從技術(shù)突破的角度看，固態(tài)變壓器是一種高頻化的電力電子變換設(shè)備，因此高頻隔離變壓器是固態(tài)變壓器的核心組件，其關(guān)鍵技術(shù)瓶頸包括容量小、損耗密度高、大容量電池設(shè)計難等，系統(tǒng)復(fù)雜且成本較高。而在高頻變壓器領(lǐng)域，非晶納米晶具有更穩(wěn)定的溫度特性，適用于高溫運(yùn)行的高頻變壓器，要注意做好熱管理。同時，非晶納米晶可實(shí)現(xiàn)更大尺寸的鐵心制造，在同等設(shè)計磁密下具有更高的功率密度，符合大容量、緊湊型電力電子裝備發(fā)展趨勢。
會議介紹，傳統(tǒng)鐵氧體在10千赫茲頻段的損耗是非晶材料的3倍以上，目前國內(nèi)已開發(fā)出損耗僅5.6萬瓦特/千克的20厘米寬幅鐵心，在保持超低損耗的同時，破解了寬幅材料應(yīng)力分布不均導(dǎo)致磁疇畸變的難題。與此同時，雄安新區(qū)、張家口冬奧示范工程等的應(yīng)用也印證了非晶納米晶鐵心在高頻工況下的穩(wěn)定性優(yōu)勢。
從標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)的角度看，目前國內(nèi)已有團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)制定電力電子變壓器國際標(biāo)準(zhǔn)，且已進(jìn)入最終審議階段。標(biāo)準(zhǔn)意味著產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)權(quán)，這是我國首次在該領(lǐng)域掌握標(biāo)準(zhǔn)制定權(quán)。會議還介紹，國內(nèi)有團(tuán)隊(duì)正在推進(jìn)的《柔性直流系統(tǒng)用中高頻隔離變壓器技術(shù)規(guī)范》填補(bǔ)了國內(nèi)空白，明確10千赫茲以上頻段損耗限值比歐盟現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格15%。
從應(yīng)用拓展的角度看，當(dāng)前，非晶鐵心變壓器已突破單機(jī)10兆伏安容量極限，國內(nèi)某團(tuán)隊(duì)用其研發(fā)的三相變壓器將用于新疆一光伏項(xiàng)目，比傳統(tǒng)方案可減少占地60%。在軌道交通領(lǐng)域，3千赫茲非晶牽引變壓器使深圳地鐵16號線能耗下降7.2%，噪音降低12分貝。更值得關(guān)注的是海上風(fēng)電應(yīng)用。目前正在測試的深海變壓器采用環(huán)氧真空澆注技術(shù)，在鹽霧腐蝕環(huán)境下絕緣壽命提升3倍，為深遠(yuǎn)海風(fēng)電直流送出提供了關(guān)鍵裝備支撐。
總的來看，材料突破正在重構(gòu)電力裝備技術(shù)路線。非晶納米晶鐵心不僅推動固態(tài)變壓器升級，更為氫能電解、磁懸浮供電等新興領(lǐng)域提供基礎(chǔ)材料支撐。隨著“雙碳”目標(biāo)大力推進(jìn)，我國高頻變壓器市場規(guī)模預(yù)計在2030年將達(dá)1200億元，非晶納米晶將進(jìn)入重要發(fā)展機(jī)遇期。
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首屆固態(tài)變壓器非晶納米晶鐵心關(guān)鍵技術(shù)研討會召開
中國冶金報社
記者 趙萍 攝影報道
圖為會場
5月15日，首屆固態(tài)變壓器非晶納米晶鐵心關(guān)鍵技術(shù)研討會在江蘇鹽城召開。
會議介紹，大功率非晶納米晶高頻變壓器憑借其高頻高效、體積小、重量輕等優(yōu)勢，能顯著提升電能轉(zhuǎn)換效率（如光伏逆變器效率超99%）、縮短充電時間（支持800伏高壓快充），并適配未來超導(dǎo)技術(shù)和人工智能協(xié)同需求，在新能源汽車快充、可再生能源轉(zhuǎn)換、工業(yè)節(jié)能、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。值得一提的是，非晶納米晶固態(tài)變壓器通過其獨(dú)特的材料特性實(shí)現(xiàn)節(jié)能，不僅在高頻下磁芯損耗比傳統(tǒng)硅鋼降低60%～80%，空載損耗減少40%以上，還通過納米晶帶材的高磁導(dǎo)率使變壓器效率提升至98.5%，特別適合新能源電站的間歇性供電場景。
會上，中國電器工業(yè)協(xié)會副秘書長郝軍致辭，中國電力科學(xué)研究院有限公司研究室主任楊富堯、中國電器工業(yè)協(xié)會非晶合金材料應(yīng)用分會秘書長張華等10位專家做主旨報告。太原科技大學(xué)副教授陳哲、畢普拉斯總工程師霍利山分別主持上、下午的會議。
在主旨報告環(huán)節(jié)，楊富堯、清華大學(xué)直流研究中心電氣室主任崔彬、哈爾濱工業(yè)大學(xué)電力電子與電力傳動研究所副所長李彬彬、霍利山、陳哲、青島云路深圳研究院副院長郭軒、華中科技大學(xué)博士生王震宇、西安交通大學(xué)博士生劉占磊、三峽通大學(xué)博士生黃紫維、張華分別就非晶納米晶固態(tài)變壓器設(shè)計技術(shù)、最新研究進(jìn)展、應(yīng)用優(yōu)勢、技術(shù)挑戰(zhàn)、發(fā)展方向等內(nèi)容進(jìn)行了分享。
此次會議由中國電器工業(yè)協(xié)會非晶合金材料應(yīng)用分會主辦，特變電工股份有限公司新疆變壓器廠、非晶中國大數(shù)據(jù)中心、鹽城碧姆帝新材料科技有限公司協(xié)承辦，來自非晶納米晶上下游相關(guān)領(lǐng)域的科研院所、高等院校、生產(chǎn)企業(yè)等的150余代表參加。
