国家能源局消息显示，2024年我国可再生能源发电装机新增3.7亿千瓦，全球占比超过六成。如今，“双碳”目标的实施极大地推动了“风光”能源的迅猛发展。风力发电、光伏发电系统用电缆作为其中的重要支撑部分，随着国家政策和市场形势的变化，对于降本增效的需求愈发迫切，这进一步推动了铝材料的应用。
风力发电系统用电缆采用铝合金导体趋势正盛
我国是一个“富铝缺铜”的国家，导致用于电流传输的铜材价格偏高，风机成本一直居高不下。近年来，为提高风力资源的利用率并降低产品的设计成本，越来越多的风电产业链相关企业致力于寻找新的导体材料以减少铜材料使用，在此背景下，铝合金电缆逐步兴起。
目前，风机固定敷设部分（塔筒）的电缆导体采用铝合金已成为行业发展趋势。该电缆主要置于风机塔筒中，作为塔筒中电力传输系统的固定敷设部分电缆通过铜铝过渡端子和机舱内扭转电缆相连接，源源不断地将电能传输出去。
由于我国众多风场分布在草原、沿海等空旷地区，风大、气温温差大。因此，风力发电系统用铝合金电力电缆必须具有良好的耐低温性、耐气候老化性、耐微生物性，以及对油品、化学品具有极好的耐腐蚀性，以适应这种敷设条件。
风电塔筒内垂直固定敷设用铝合金电缆在选型时，需要考虑一些特殊的要点。比如铝合金导体的材质，不同牌号铝合金杆化学成分的差异对所制作的铝合金导体长期稳定性有较大的影响，特别是与抗压蠕变性密切相关；再比如铝合金电缆导体与过渡端子的压接质量，其与电缆的长期使用性能紧密相关，所应避免压接过紧损伤单丝而影响导体载流量，以及压紧过松导致导体与过渡端子处接触电阻增大而造成安全事故。
铝合金电缆最早发源于北美市场，二十世纪六七十年代，美国南方线缆公司作为铝合金电缆的最早发明者，在北美市场开始大力推广铝合金电缆。铝合金电缆主要应用于机场、军事基地、办公大楼、住宅、酒店、超市、院校、体育场、医院、工厂厂房等建设工程。
就实际性能来看，铝合金电缆虽然并未提高纯铝电缆的导电性，但其弯曲、抗压蠕变和耐腐蚀等物理、机械性能却大大提高。换言之，铝合金电缆更具经济性，且应用领域广泛。不过，铝合金电缆技术含量高，生产装备投资大，需要具有成熟的材料配方、生产工艺和人才才可能生产出合格铝合金电缆产品。该行业门槛高，不专业、不具备实力和成熟生产条件的厂家难以参与。
目前，国内远东电缆有限公司、江苏上上电缆集团有限公司、江苏亨通电力电缆有限公司在风力发电系统用铝合金电力电缆的研发方面已有一定成果。比如在固定敷设系列使用中低压型线铝合金、紧压圆形铝合金等。
值得注意的是，为获得优异的耐扭转性能，风电塔筒内扭转段电缆仍在沿用单丝延伸率较佳的铜导体。由于铝合金的强度和抗疲劳性能比铜的低，在长时间的扭转作用下，铝合金导体可能出现一些预知的风险，如导体断丝、局部电阻增加引起电缆发热和燃烧，甚至造成系统停止工作，给机组带来严重损害。不过，风机扭缆部分的电缆导体也有使用铝合金的趋势，已有部分研究机构正在验证铝合金导体替代的可行性。
2023年3月，上海电缆研究所有限公司与湖南金龙科技集团有限公司签约合作开发超大型风力发电装备耐扭耐盐雾特种电缆技术，旨在破解铝合金导体耐寒阻燃橡套电缆通过常温扭转10000个周期、-40℃低温扭转5000个周期的技术瓶颈。从而切实降低铝合金风能电缆的电能传输损耗、提升防腐蚀能力。
2024年11月，金龙电缆科技有限公司的《一种耐扭铝合金风能电缆及其制造方法》（专利号：ZL202410267198.3）发明专利，获国家知识产权局授权。为攻克“铝合金芯电缆现有耐扭性能在风力发电特殊工况下无法通过国标扭转试验”这一技术难题，该公司科研团队对铝合金电缆抗扭性能进行了深入研究。
团队根据各层导体在电缆扭转时和静态时不同受力情况，突破常规采取“内中外”多层铝合金导体成分设计及退火处理工艺，大力优化了材料导电和力学性能，实现了梯度化的导体结构。新产品常温扭转和低温扭转性能高于标准要求，解决了风力发电系统的急难问题。铝合金风能电缆相比铜芯电缆，具有巨大的成本优势，可降低成本60%以上。
此外，行业有关专家还指出，在扭转电缆系列中使用5类铝合金导体具有重量轻、易于敷设、成本低等优点，但仍需要对铝合金材料的配方进行改进，以提高材料的强度和韧性，同时需要进一步优化导体的绞合工艺。5类铝合金导体能否大规模用于耐扭场合，还有待进一步运行考核和验证。
铝导体在光伏和海底电缆等方面应用值得期待
近些年，随着国家对光伏发电项目建设资金的补贴递减，为了降低光伏建设项目成本，不少企业又将目光瞄准到了光伏系统用铝合金电缆的开发上，在保证系统正常运转和安全的前提下实现成本的降低。
光伏系统用铝合金电缆机械性能良好，在相同载流量下能够减轻电缆重量，具备耐臭氧、耐酸碱和耐环境气候等耐外部环境性能，同时安装时可直埋，也可用于多组件串并联，有利于降低安装成本。
目前，铝合金电缆已在光伏系统交流侧获得广泛应用，在光伏系统直流侧已开始尝试投入使用。不过，未来光伏系统用铝合金电缆仍面临一些技术挑战，需进一步解决铝合金导体载流量偏小、抗拉强度偏低、耐弯曲性能较差、铜铝连接不佳等问题。
此外，行业有关专家提到，在高压送出海底电缆线路上，国内外也在尝试推广应用铝导体。比如丹麦某海上风电场使用的220kV铝导体海底电缆（运行情况不明）、国内厂家开发的220kV铝导体海底电缆等。
政策支持激发电缆产业“以铝节铜”新动能
近年来，我国铝产业快速发展，已成为全球最大的铝产品生产国和消费国。铝产业规模不断增长，2024年我国氧化铝、电解铝、铝加工材和再生铝产量保持世界第一，分别约为8500万吨、4400万吨、4950万吨和1050万吨，有力支撑了航空航天、新能源、新一代信息技术等战略性新兴产业发展。
2025年3月，工业和信息化部等十部门联合印发《铝产业高质量发展实施方案（2025—2027年）》，明确将“以铝节铜”列为扩大铝消费的重点方向。其中包括民用建筑铝合金电缆，光伏、风电电站铝导体电缆及铜铝复合材料，电力电气设备用铜铝复合导电排，铝及铜铝复合电磁绕阻线，通信设施屏蔽材料，汽车热交换器散热片，冰箱、空调热交换器换热铝管等应用场景。
这一政策信号，无疑为我国电缆产业破解铜资源供应难题、加速产业技术迭代注入了强劲动能。
来源：上缆所传媒 |
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