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欧洲国家不使用铝合金电缆的几点理由

http://www.electric.hc360.com2015年05月29日11:43 来源:慧聪电气网作者:陈一民T|T

   (本文作者:陈一民 北京建筑大学副教授)

    用作导体的铝合金是在上世纪60到70年代时,由于铜价的高速攀升而开始进行广泛研究的线缆替代性导体材料。用作导体的铝合金主要有AA1000系列即纯铝,AA6000和AA8000系列导体。AA1000系列导体主要用在高压架空线;AA6000Al-Mg-Si(铝镁硅合金)系列导体主要用在高压架空线和铝母排;这两类导体都是以硬态导体存在,接头的连接以焊接为主。AA8000Al-Mg-Cu-Fe(铝镁铜铁合金)系列是真正用在配电线路上的软质铝合金。

    在北美AA8000Al-Mg-Cu-Fe(铝镁铜铁合金)系列仅仅被用在低压配电网络领域中应用,而在欧洲则没有被大范围使用,欧洲国家基本上是采取铜芯电缆和纯铝电缆的解决方案。欧洲国家没有采用铝合金电缆的技术路线,原因主要由以下几个方面组成:

    1、从铜芯电缆和铝合金电缆电气性能比较

    铜材质和铝材质在电气与机械性能上均有明显区别。表1给出了它们相关性能的比较。

    表1.铝与铜的性能比较(20℃)

图片表格

    铝合金导线在电导率和电阻率方面与纯铝相近,因此只有采用加大截面到铜电缆的1.6倍的方法才能达到铜电缆的电气性能。这就是说铝合金电缆在导电率和电阻率这两个电缆最基本性能来看并没有比纯铝有实质性的进步,这是欧洲国家没有选择铝合金电缆的第一个原因。

    2、从能耗角度比较铜芯电缆和铝合金电缆

    英国巴斯大学的G.P.Hammond和C.I.Jones[5]对电网中使用的不同的原材料在生产和使用过程中所包含的能耗进行了深入的比较研究,如表2所示。可以看出,金属铝在生产和使用过程中的能耗约为铜的3倍。

    表2.主要材料和其包含的能源(引自文献[5])

图片表格

    说明铝和铝合金电缆在生产和使用中所消耗的能源比铜电缆高。

    3、铝合金电缆碳排量和对环境影响明显高于铜电缆

    根据英国巴斯大学的G.P.Hammond和C.I.Jones[5]对电网中使用的不同的原材料在生产和使用过程中二氧化碳排放的比较研究,如表3所示。可以看出,金属铝的二氧化碳排放是铜的2倍。

    表3.主要材料CO2排放(引自文献[5])

图片表格

    另外,荷兰的WimBOONE和德国的ArnavKACKER在其“以生命周期视角广泛比较铜芯电缆导线或铝芯电缆导线”一文中指出,铝合金电缆对环境的影响(酸化潜势)也高于铜电缆。

    表4:1m中压电缆酸化潜势

图片表格

    表5:1m中压电缆全球变暖潜势

图片表格

    4、全生命周期成本

    铝的价格远远低于铜从而使铝合金电缆也具有了价格优势并为电缆企业带来了利润空间,然而欧洲国家经过对电缆全生命周期成本的比较研究,得出了铝合金电缆与铜电缆相比并没有明显优势的结论。

    通常电力电缆可使用35年至50年以上。然而,电缆投资决策主要基于投资成本作出,而投资成本忽略了在电缆使用寿命中内可能含有成本节约。电缆总体拥有成本(以下称“生命周期成本”)不仅应考虑电缆初始成本,也应考虑电缆使用期的运营和维护成本。因此,总体生命周期成本应将电缆使用期限内的资本支出和运营成本计算在内,只有这样,才有可能在如铜,铝等材料中选择更为经济的导电材料。

    荷兰的WimBOONE和德国的ArnavKACKER在其“以生命周期视角广泛比较铜芯电缆导线或铝芯电缆导线”中通过生命周期成本分析(LCCA)得出以下结论:

    1)铜制电缆与铝制电缆间的成本差异在其运营期已大幅减少。在所有情况下,运行期内的成本差异在3%左右,且在某些情况下,铜制电缆甚至成为了最低的生命周期成本。

    2)表6和表7表明,如果仅考虑一次性投入和采购成本,铝合金电缆和铝材料无疑具有巨大优势,但从铜铝电缆的全生命周期成本分析,铜与铝的成本几乎没有什么差别,而与铝合金电缆比较铜电缆从全生命周期成本角度更是优于铝合金电缆。

    表6:20kV与110kV的铜与铝生命周期成本比较

1

    表7:400kv的铜与铝间生命周期成本比较

图片表格

    结论:欧洲国家不采用铝合金电缆的技术路线,主要是对铜芯电缆和铝合金电缆的电气性能、能耗、二氧化碳排放、对环境影响、生命周期成本等进行了充分的研究与论证,从而得出铝合金电缆并不适合欧洲国家的结论。

    参考文献:

    [1]Raquel S. Jorge. Environmental evaluation of power transmission in Norway. Applied  Energy.2013(101).

    [2]G.P.Hammond et al., Embodied energy andcarbon in construction materials.Energy,161(2

    [3]以生命周期视角广泛比较铜芯电缆导线或铝芯电缆导线WimBOONE,RemcoBAL;DNVGL,荷兰wim.boone@dnvgl.com,remco.bal@dnvgl.comArnavKACKER;PE-International集团,德国a.kacker@pe-international.com

    

责任编辑:蔡亚微

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