吳曉丹 張華
隨著各行業(yè)復工復產(chǎn)的有序展開，經(jīng)濟逐漸恢復，立足于科技端基礎設施建設的“新基建”，成為近期關注熱點?！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、新能源車及充電樁、人工智能、云計算大數(shù)據(jù)中心等7大領域。高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵在材料。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，原子來不及有序排列形成的結晶，以長程無序結構，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(xiàn)代高科技設備或產(chǎn)品中的關鍵磁組件。
吹響非晶合金市場“沖鋒號”
據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至3月1日，全國已有13個?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)）發(fā)布了2020年重點項目投資計劃清單，總投資額達到33.83萬億元，隨著其他地區(qū)相關計劃逐漸發(fā)布，預計投資額很快會超過50萬億元。從已披露具體投資計劃的地區(qū)來看，基建投資是各地投資計劃中的重要組成部分，部分地區(qū)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王志勤發(fā)文稱，截至今年2月初，三大運營商共在全國開通5G基站約15.6萬座。她表示，今年是我國5G網(wǎng)絡建設的關鍵期，預計2020年底全國范圍內(nèi)將累計開通5G基站超過55萬座，實現(xiàn)地級市室外連續(xù)覆蓋、縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)重點覆蓋、重點場景室內(nèi)覆蓋。根據(jù)相關分析，2022年~2023年，全球新建5G基站的數(shù)量將達到約288萬座。
“新基建”政策利好也將加速對充電樁板塊的投資，整個充電樁行業(yè)將因此受益。2020年1月份，中國電動汽車充電基礎設施促進聯(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(shù)量為121.9萬個，其中公共充電樁為51.6萬個，私人充電樁為70.3萬個；充電場站建設數(shù)量達到3.6萬座。預計2020年新增公共充電場站1.2萬座，公共充電場站保有量達到4.8萬座。如果按照一輛新能源汽車對應一個充電樁的匹配要求，2020年要達到500萬輛的保有量目標，就需要500萬個充電樁。此外，以目前國網(wǎng)充電樁設備的中標價格估算（直流充電樁8萬元/套，交流充電樁約為0.8萬元/套），2020年我國充電樁設備市場空間大約為1120億元，市場增長空間依然很大。
大數(shù)據(jù)中心作為“新基建”七大領域之一，為經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展提供堅實的“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IDC（互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）產(chǎn)業(yè)升級。2020年，IDC市場規(guī)模有望突破2000億元。
特高壓作為“新基建”七大領域之一，指明了經(jīng)濟社會發(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、帶動力強、經(jīng)濟社會效益顯著等優(yōu)勢。目前，國網(wǎng)公司已明確2020年特高壓建設項目投資規(guī)模為1128億元，可帶動社會投資2235億元，整體規(guī)模近5000億元。
在以上“新基建”領域中，非晶合金材料的應用前景均非常廣闊。
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在“新基建”建設中，5G基站、光伏逆變器、軌道交通變壓器、新能源汽車及充電樁、大數(shù)據(jù)中心變電站，以及特高壓控制柜等關鍵配套設備或元器件對相關制造材料要求很高。基于技術的考量，結合相關技術人員設計的需要，非晶合金在很多關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，相關配套5G基站的器件設計將轉(zhuǎn)向新型器件。此外，5G基站建設還增加了被動元件的需求，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)換效率最高達到97%~99%；MPPT控制器（最大功率點跟蹤太陽能控制器）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效應晶體管）為輔；目前電壓等級在1000伏以內(nèi)。
但隨著電力電子技術的發(fā)展，開關頻率會逐步提高，3電平會將會替代傳統(tǒng)的2電平，而這需要使用非晶磁芯來實現(xiàn)。由此可見，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(xiàn)。
三是非晶干式變壓器在城際軌道交通領域有應用市場。非晶變壓器通過掛網(wǎng)實測，能大大降低供電系統(tǒng)的自損耗，同時有著明顯的節(jié)能優(yōu)勢，噪聲滿足規(guī)范要求，不影響推廣應用，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，綜合經(jīng)濟效益非?？捎^。
這里借鑒城市軌道交通的應用。根據(jù)城市軌道交通牽引負荷的特點，非晶變壓器作為整流變壓器應用于城市軌道交通，節(jié)能前景較為廣闊，且有城市已經(jīng)率先應用。比如，2019年上海地鐵1號線~17號線設計使用了“35KV干式非晶合金牽引整流變壓器”，該變壓器可持續(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號線、燕房線實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到10000只/輛，且仍在繼續(xù)增長。
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。電動汽車的電驅(qū)動系統(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，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式干式變壓器具有低損耗、低噪聲、防火防爆、過負荷能力強、體積小、諧波濾除效果好等特點，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)中心的建設中也有應用。大數(shù)據(jù)中心能夠為經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展提供堅實的“數(shù)字底座”，高等級綠色、節(jié)能環(huán)保的新一代數(shù)據(jù)中心是這個時代的呼喚。數(shù)據(jù)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技術參數(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，如百度在山西陽泉建立的數(shù)據(jù)中心、京東的第一個自建數(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)中國電器工業(yè)協(xié)會非晶合金材料應用分會大數(shù)據(jù)中心統(tǒng)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35萬噸；納米晶企業(yè)有240家，設計產(chǎn)能為4.6萬噸；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)展水平不僅在國內(nèi)得到肯定，如特變電工、置信電氣、海鴻電氣、中天伯樂達等非晶變壓器質(zhì)量得到國網(wǎng)肯定，而且有多家企業(yè)的產(chǎn)品已處于國際領先水平，如青島云路的非晶寬帶、非晶粉末產(chǎn)量全球領先，非晶寬帶M帶材、納米晶超薄帶關鍵技術和指標達到發(fā)達國家技術水平；寧波畢普拉斯納米晶作為無線充電關鍵材料，為全球多家知名企業(yè)供貨等。此外，華為、麥捷科技、順絡電子、青島云路、金川電子等非晶粉芯器件已經(jīng)開始供應到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，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域的話語權。
“新基建”的建設為非晶材料的應用開啟了一個廣闊的空間。要想在“新基建”領域大展宏圖，非晶合金相關制造企業(yè)、科研單位既要有敏銳的市場嗅覺，也要有創(chuàng)新乏力的警覺，更需要聯(lián)合培育壯大市場的自覺，共同推動非晶合金產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。
《中國冶金報》（2020年03月26日 03版三版）
