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《大国重器2:造血通脉》观感:中国已成全球新一轮能源变革引领者

中国是全球最大的能源生产和消费国,能源领域的转型与变革,将会影响未来数十年经济的发展。《大国重器2》的第四集“造血通脉”从我国推动能源生产利用方式变革角度,讲述煤炭、电力、石油、天然气、新能源、可再生能源领域装备我国能源供给体系的新技术,讲述特高压、煤液化设备、锂电池、充换电、风光水及核电等超级装备。

这一集中出现了众多优秀的电新、设备的企业,包括全球出货量领先的动力电池企业宁德时代、特高压设备领域优秀企业特变电工与安靠智电、国内空分设备领军企业杭氧股份、压裂车制造企业杰瑞股份等。中国世界上最大的能源消费和生产国,也是能源技术装备的重要生产国。我国每年消耗约6万亿度电,其中约60%来自于燃煤发电,因此高效利用煤炭资源至关重要。中国能源消费结构中:煤炭占63%、石油占18%、天然气占6.5%,能源结构存在过分依赖煤炭的问题。根据十三五规划要求,国内天然气占比需达10%。

特高压换流变压器、均压环与应力锥(特变电工):

特高压工程心脏——特高压换流变压器,换流-变压-传送电力核心装备。±800kv以上的高压换流变压器只有中国、德国、瑞典少数国家能够制造。

重器:直流输电的心脏——±800kV换流变压器

基本信息:体长约25米,重量503吨

特长:送电距离2000多公里。

荣誉:中国的特高压交流输电标准,已经被确定为国际标准。

升级版重器:±1100千伏换流变压器

特长:送电距离最远达3300多公里,每年可以满足5000万中国家庭的用电需求。

荣誉:是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进的特高压直流输电工程。

图:特高压换流变压器


资料来源:《大国重器》,天风证券研究所

生产中技术含量最高的工序——绕制线圈;绕制一个线圈需要30天; 另外一个高难度的环节——器身吊装,需要全组人员默契配合,节目中特变电工团队已经能做到一气呵成,器身吊装入位只需要30分钟;圆锥形套管与出线绝缘装置空中对接,是总装最耗时难度也最高的一个环节,套管对接丝毫不能有差,工人30分钟对接完成,螺纹螺母丝毫不差。总装过程制造强国也需要至少16小时,特变电工团队已经做到只需要8小时全部完成。

图:绕制线圈

资料来源:《大国重器》,天风证券研究所

第二个提到的特高压设备是均压环:专门为±1100kv换流变压器而设计,是平衡电压的必备测试装备,可以完成从±132kv到±1400kv的32项检测,全部是中国自主研发。中国特高压交流输变电标准已经确定为国际标准。新疆昌吉-古泉特高压,全球第一条±1100kv特高压线路,全长3319公里,途径甘肃、宁夏、陕西、河南、到安徽古泉,每年可满足5000万家庭用电需求。

图:均压环

资料来源:《大国重器》,天风证券研究所

五年来中国投入运行的特高压输电通道已经有14条,建设工程总距离超过3万公里,形成西电东送,北电南供的能源输送格局。

第三个提到的特高压设备,应力锥:是确保长距离电力传输的大容量电缆系统的关键设备,也是国内最后的技术短板。

应力锥,由黑色半导体、透明绝缘体组成锥形体,是电缆连接器的关键设备,发挥均匀电厂的作用,维系超高压工程安全。中国是全球最大电缆生产国,年产值超过1万亿,但应力锥一直无法国产化,多年来电缆连接器智能依靠进口,生产技术和设备被住友、耐克森等国际巨头严密封锁,国内一方面缺少有相关经验的研发人员,也缺少用于应力锥制造的绝缘材料。应力锥制造难点是半导体材料和绝缘橡胶的复合工艺,考验一个国家在高压绝缘材料、高分子材料、工程设计等在高端制造领域的综合使用。安靠智电溧阳工厂突破这一工艺,填补中国超高压电缆连接件关键部件自主生产最后一个空白。

图:应力锥

资料来源:《大国重器》,天风证券研究所

电力传输超长导管(安靠智电):

电力传输领域,气体绝缘输电线路管道用于巨量电能地下传输工程,负荷量是传统电缆的4-5倍。目前国际最长的管道长度为5米,国内企业开始挑战18米超长管道制造。节目中提到的国内自主研发的世界上最先进的折圆机用于超长管道制造,圆度误差不超过千分之一,采用最先进的搅拌摩擦焊接方式,不会产生气体或裂纹。

重器:地下输电新干线——气体绝缘输电管道

基本信息:(单节18米)300千克-4000千克

特长:将大容量超高压特高压电力转为地下输送,节约土地资源,消除极端天气对输电安全影响,降低电磁辐射。相比传统地下输电技术,效能提高了近5倍,将改变现在大型城市电力供给模式。

图:超长管道

资料来源:《大国重器》,天风证券研究所

图:折圆机

资料来源:《大国重器》,天风证券研究所

新能源汽车领域选节目组取了电池代表企业宁德时代与来自重庆的换电代表移峰能源。

动力电池(宁德时代):

监控中心可实时监控路上行驶的电动车的电池相关数据,行驶过程中30℃是电池温度的重要分水岭,达到30℃之后的温度波动至关重要。目前,CATL的电池在行驶过程中温度波动在3.62℃以内,优于全球5℃的标准。续航里程、安全性能领先全球是相关电池企业的重要目标。CATL最大的电池生产基地,每天生产的电池可满足1500辆电动车的需求,每个电池包由150-300个电芯组成。

重器:宁德时代6微米铜箔锂离子动力电池

基本资料:使用寿命15年

特长:比8微米铜箔动力电池能量密度高5%

同于:我国唯一获得国际车企认可的动力电池,具备完全自主知识产权,拥有近2000项独立专利。

图:宁德时代电池生产过程

资料来源:《大国重器》,天风证券研究所

节目组重点介绍了CATL在攻克用6微米铜箔替换8微米铜箔难题的过程。6微米铜箔的应用可有效提升三元电芯的能量密度5%。松下、LG、三星此前在使用6微米铜箔领域止步不前就是因为涂布工序不过关。CATL所使用的专为6微米铜箔电池设计的60m长的涂布机也为国产设备(CATL涂布设备供应商:璞泰来(新嘉拓)),每卷1400m的铜箔在涂布机上以每分钟80m的速度运行,任何褶皱、翻折都会导致整卷铜箔报废。

图:涂布中的铜箔

资料来源:《大国重器》,天风证券研究所

接下来的关键步骤是绝缘膜卷绕。高速卷绕中白色的绝缘膜的上下两面要与铜箔(与铝箔)制成的  与正负极同时完成贴合(CATL卷绕机供应商:先导智能)也是一项重大挑战。CATL所用6微米铜箔高速卷绕机也完全国内自主制造。

电池检测国产装备也同样全球领先(CATL检测设备供应商:星云股份等)。宁德时代的电池检测经历500℃高温火烧、浸水、喷淋、高空坠落、穿刺等步骤,且都以国际最高标准要求。

宁德时代的第一批6微米铜箔电池将用于某德国汽车企业,德国的动力电池50%来自中国。出货量全球前十的动力电池企业中国占6席,预计到2020年,中国动力电池的全球市占率将达50%。

换电(移峰能源):

新能源汽车的发展需要来自市场的强大支撑,共享汽车的商业模式也为新能源汽车行业的发展做出了重要贡献。重庆的共享汽车市场两年用户突破200w,独特的换电模式也是山城共享汽车市场飞速发展的重要原因之一。节目重点介绍了移峰能源的换电站,其换电模式的成功主要得益于3块芯片,这3块芯片分别加载了逐组分流、调频抗干扰、无线传输三种技术。也正是这些芯片确保了电池在任何时间、地点和环境下,都能将剩余电量、电压、电芯的温度等参数,实时传回电池监测云平台。

重器:换电电池

基本信息:搭载3块芯片,分别加载逐组分流、调频抗干扰、无线传输三种技术

特长:用半自动化机械臂给一辆汽车换完8块电池,只需要三分钟。而传统充电桩充满一辆车的电池至少需要两三个小时。芯片可帮助定位,及时发现有换电需求的共享汽车。

图:电池芯片

资料来源:《大国重器》,天风证券研究所

移峰能源拥有移动换电车,送电上门使得用户体验更佳。在深夜,被更换下来的上万块耗尽电量的电池,回到它们的“集体宿舍”——能源站,智能仓储机器人将它们分别送入充电间,利用夜间的用电波谷来充电。

风电:

风能是重要的清洁能源。广东首个风场每年可发电超过4.9亿度。中国每小时就有两座风机安装到位,累计装机量是世界挂名第二的美国的两倍。我国的7MW海上风机达60层楼高,主机舱重400多吨,叶轮直径达150多米,可以经受17级台风的考验

重器:7兆瓦海上风电机组

基本细心:用钢量3800吨

荣誉:全球最大的半直驱海上抗台风风电机组。

核电:

节目播出的是中国完全自主研发的三代核电技术“华龙一号”双胞胎项目——卡拉奇核电站和福清核电站,卡拉奇与福清双胞胎工程,意义在于共享技术。卡拉奇项目是“华龙一号”海外首堆,预计2020年建成,建成后年发电量超过180亿度,可以支撑巴基斯坦1/3的用电缺口。卡拉奇项目土建接近尾声,核岛穹顶正在预制,国内华龙一号首堆福清核电站完成吊顶后,卡拉奇这一全球体积最大、最终、最薄的核岛穹顶将开始吊装。

重器:自主三代核电技术——华龙一号

基本信息:反应堆厂房高度73.38米,反应堆厂房外径56.12米

荣誉:华龙一号是中国完全自主知识产权的三代核电技术,也是“走出去”的一张国家名片。

图:卡拉奇核电项目

资料来源:《大国重器》,天风证券研究所

资料来源:《大国重器》,天风证券研究所

图:福清核电项目穹顶吊装

资料来源:《大国重器》,天风证券研究所

在能源设备领域节目组选取煤液化基地中的核心设备——空分设备与天然气开采中举足轻重的压裂车着重介绍。

空分设备(杭氧股份):

节目重点介绍了安装在中国国电煤液化基地的来自杭氧股份的10万等级空分装备(即每小时生产10万立方米氧气),高等级空分设备国产化是工程师们60多年来的梦想,此前高纯度制氧设备相关技术一直掌握在海外企业手中,而杭氧空分设备最终出氧纯度99.87%,高出99.6%的行业标准。

重器:工业气体心脏——10万等级大型空分设备

基本信息:身高56米,重量1320吨

特长:自主研发创新的国产空分设备,每小时生产10万立方米氧气,出氧纯度99.87%

荣誉:填补了我国在“十万”等级空分设备领域的空白,对我国的能源结构战略具有重大意义,将极大促进我国煤化工、石油、化工等行业的发展。

图:杭氧股份空分设备

资料来源:《大国重器》,天风证券研究所

而来自煤液化基地的数据被送回研发基地后,能帮助杭氧研发出更高效、更高等级的空分设备。填料是优化的第一个环节,铝箔是重要填料,改善填料直径是提高空分效率的重要环节。空分设备的实验平台也实现了中国自主制造。产研一体能够帮助杭氧不断改进设备。千万吨炼油、百万吨乙烯、高等级空分设备10年前均需依赖进口,而现在,国内相关领域设备均已具备全球竞争力。全世界公认,中国目前除了是全球最大的能源消费和生产国,也是非常重要的能源技术装备生产国。

压裂车(杰瑞股份):

全球都在极力开发页岩气。中国页岩气已探明储量高达7643亿立方米,世界第一。然而,相比于美国的平原地带的页岩气开采地貌,中国页岩气矿藏大多集中在沟壑众多的西南山区,现场只能修整出足球场大的作业空间。大型装备无法进入。这里的页岩气矿藏, 平均井深4600米,帮助中国工程师挑战高难度开采的就是今天的主角,来自杰瑞股份的压裂车阿波罗一号。这是全球体型最小的压裂车。也是全球第一台单机功率最大的压裂车小身材,大马力的关键,就在这个机箱里,工程师给它搭载了用于直升机的5600马力的涡轮发动机。用于游艇的高速减速箱。全球油田开采水马力最大的柱塞泵。每一个都代表着所在领域的最高水平。这个井场需要阿波罗一号带动22辆普通压裂车协同工作。

图:阿波罗一号压裂车

资料来源:《大国重器》,天风证券研究所

压裂车通过高压管道,以每分钟16立方米的流量,将携砂液打入地壳深处。压裂页岩层,把携砂液压进裂缝。大量的页岩气会从裂缝中释放。并通过特定通道采集出来。工人们正在连接的管道,是携砂液注入地壳深处的唯一通道。可以承受140兆帕的压力。压裂车工作时,哪怕一微米的缝隙,都可能导致液体刺漏,管道崩裂。压裂时,需要清场,现场操作,全靠井场旁边的遥控车指挥遥控。

再精妙的技术,也必须得到市场的认可。阿波罗二号已实现交付,这是为美国客户定制的。经过反复比较,他们选择了中国这种小身材大动力的开采装备。这也带包装中国装备进入新能源领域的高端市场。

本文内容均整理自CCTV2《大国重器2:造血通脉》节目。节目完整视频:

来源:aniolybiznesu网

作者:杨藻

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