複合材料電線桿:不止次隨風搖曳

安徽黃山地區是典型的山區地帶,多山環繞,地勢險要,要在這裡架設電線桿並非易事。曾在安徽電力設計院工作30 餘年的董翹男對此深有感觸。

一根傳統的水泥電線桿重達1200 公斤,需要幾十名工人一起搬運上山,而十多公尺的桿在道路拐彎時擺尾幅度很大,運輸過程中稍有不慎就有可能砸到搬運者的腳。近年來山區年輕勞動力大量流失,電力系統架設也面臨著「缺工」的問題。

而在寒冬臘月,導線上的積雪與冰霜容易產生不平衡力將傳統電線桿折斷。董翹男說:「由於施工困難,搶修時間往往很長。以前在黃山,斷電一個星期的事情常有發生。」。

施工難、搶修難僅是一方面,水泥電線桿的生命週期也不長。一般而言,氣候環境較好地區的水泥桿可使用20 年。董翹男說:「目前中國約有5 到10 億根電線桿,然而,高達50% 的桿都是『帶病運行』。」水泥是一種脆性材料,在經歷了3-5 年的高溫、寒冬後,表面易開裂。當雨水、雪水深入桿體,腐蝕內部的鋼筋,水泥桿就容易倒塌。在一些極端環境,如鹽鹼地、河灘濕地中,使用壽命則更短。

為了應對這項挑戰,自2010 年起,巴斯夫便開始探索將聚氨酯材料引入電力行業。這是一項根據本土市場需求並由中國當地研發團隊主導完成的創新。為了深入了解中國市場的情況,巴斯夫特性材料部門建築行業團隊邀請了擁有30 年行業經驗的董翹男作為專案顧問。在董翹男看來,解決這一問題的突破口在於電線桿新材料的開發與應用,而巴斯夫憑藉其研發部門在聚氨酯複合材料領域累積的豐富經驗,正有改變這一行業的能力。由董翹男創立的安徽匯科恒遠複合材料有限公司便與巴斯夫展開了在複合材料電線桿開發上的合作,包括研發、生產、市場等方面。這項合作確保了將優質可靠的產品應用於電力行業,並保障電力供應安全。

複合材料電線桿採用了巴斯夫的聚氨酯組合料Elastolit®。在實際使用中其優勢充分展現:它強度大、韌性好,能有效抵禦冰雪、大風、竹木倒伏等自然災害侵襲;由於重量僅為傳統電線桿的1/6,施工簡單,兩名工人即可完成從運輸到安裝的整個過程。更令人驚喜的是,它的使用壽命達到了50 年以上。董翹男表示:「複合材料電線桿大幅縮短了供電搶修的時間,降低了電線桿的施工成本,為電力行業帶來了一場深刻的變革。」

對於熟悉電力行業但是對生產並不精通的董翹男來說,巴斯夫提供的幫助不僅在於原料供應:「巴斯夫還為我們引進設備供應商、提供製造指導等各個方面的幫助。」在建廠的起步階段,巴斯夫甚至委派了技術人員駐廠指導生產製造。巴斯夫大中華區特性材料部門建築行業銷售經理楊嘯堃說:「巴斯夫在行業內深耕多年,電線桿累積許多實戰經驗。我們不止提供材料性能的支援,更與客戶一起創造產品的更高附加值。」

除了黃山地區,經常面臨颱風災害的南方沿海城市與部分東南亞國家也從這種新型電線桿獲益。2014 年7 月,14 級颱風威馬遜襲擊廣東,能在大風中屹立不倒的正是這種複合材料電線桿。由於在颱風強襲下依舊表現良好,該複合材料電線桿已獲得中國南方電網有限責任公司的認可。

這一局面來之不易。眾所周知,電力行業對產品品質要求非常嚴苛,進入門檻很高,嚴格的產品實驗和效果論證必不可少。由於複合材料電線桿在南方許多地方的表現優異,董翹男的匯科恒遠正積極與國家電網公司接觸,開拓適合用於多樣地貌氣候環境下的電線桿。目前,複合材料電線桿已在廣東、雲南、海南、新疆、西藏、湖南、湖北、安徽以及福建等地展開測試。

適用環境的拓展給產品帶來新的要求。「一桿符合所有場景」的情況顯得過於理想化,售賣標準品的商業模式也沒辦法立足。楊嘯堃說:「材料只有在實際應用中才能被挖掘出最大價值。因此,我們需要從電力行業的實際使用需求出發,從回答『我們提供什麼』轉化為『我們解決什麼』。」

例如,在新疆,電線桿需要面臨的是抗強風沙的需求。楊嘯堃說:「曾有同事在新疆吐魯番親眼見過被12 級風沙侵襲後的電線桿,桿體千瘡百孔,滿是小洞。」針對這種環境,匯科恒遠與巴斯夫展開深入討論,雙方發現,透過在桿體外增加保護層可以抵禦風沙,但當時缺少保護層供應商。於是,巴斯夫找到一家生產商,並邀請他們一起來完成適用於強風沙環境的產品開發。接下來,巴斯夫將聯合產業鏈,針對新疆極寒天氣(零下60 度)提供相關解決方案。

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2名电力施工人员正将传统水泥电线杆(前)替换为复合材料电线杆。

目前,複合電線桿的應用主要聚焦在低壓配網領域,高壓輸網領域的應用還是一塊處女地。高壓輸電塔架大多為鋼結構,重量達幾十噸,導致運輸成本居高不下。在歐洲,針對輕量型塔架的研究已經展開。在挪威,當地的大學研究機構和巴斯夫就在合作研發新型複合材料的塔架。作為領先的化工公司,巴斯夫不僅能夠提供原材料,還能在早期研發階段提供CAE(Computer Aided Engineering,模擬仿真)技術,這種電腦輔助技術能模擬分析複雜工程和產品的結構力學性能,大幅縮短研發時間。

新型材料不但可以應用於電力行業,未來電信行業的商業想像空間也很大。5G 網路是電信行業的未來發展趨勢,自動駕駛、遠端醫療的實現都依靠它。楊嘯堃指出:「要保證5G 信號的傳送速度,信號桿的設計可能會結合路燈照明和通信網路。傳統水泥或金屬材料對5G 信號均會產生較強損耗,但複合材料桿就不存在這樣的問題。」目前,中國的電信設備供應商都在尋求新型材料信號桿,巴斯夫也積極回應。楊嘯堃說:「我們希望能夠憑藉對行業的深入認識、從熟悉的使用環境入手,貢獻絕佳的解決方案。」