? 當(dāng)今技術(shù)，經(jīng)濟(jì)及制度的發(fā)展為增進(jìn)人類社會福祉做出了巨大的貢獻(xiàn)，同時(shí)也帶來了嚴(yán)重的問題，如氣候變化，能源與環(huán)境問題等。為了應(yīng)對氣候變化，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，從全世界范圍來看，當(dāng)前能源結(jié)構(gòu)必須盡快做出調(diào)整和改變。
以風(fēng)電和太陽能為代表的可再生的低碳能源是未來能源發(fā)展的方向。對這類能源，一般都是先將其轉(zhuǎn)化為二次能源-電力，然后再對其加以利用。預(yù)計(jì)，越來越多的能源接入電網(wǎng)，電力將會成為未來能源的主線。而電網(wǎng)作為連接電力生產(chǎn)和消費(fèi)的中介，在其中扮演著極其重要的不可或缺的角色。
伴隨著能源市場的自由化，能源交易主體的多樣化，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和功能將日益趨于復(fù)雜。當(dāng)下電網(wǎng)的發(fā)展正面臨一個(gè)矛盾：一方面，隨著可再生能源分布式發(fā)電的接入，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，電力系統(tǒng)的潮流變化越發(fā)復(fù)雜多變;另一方面，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對生活品質(zhì)和生活體驗(yàn)會更加苛求，從而對電力系統(tǒng)連續(xù)安全可靠供電的要求越來越高。
為應(yīng)對電力需求的復(fù)雜性，提高經(jīng)濟(jì)性，增進(jìn)安全性，智能電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。智能電網(wǎng)的建設(shè)是解決上述問題的一個(gè)有效途徑。它既是當(dāng)前電力系統(tǒng)變革的要求，也是未來經(jīng)濟(jì)高效的組織形式所需的構(gòu)架基礎(chǔ)。
中國城市化進(jìn)程在迅速發(fā)展中，城市用電結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性變化，對電力提出了全新的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在城市用電的負(fù)荷特性和以前有很大的不同。未來風(fēng)電、太陽能等新能源接入的比例增加，電動汽車以及分布式發(fā)電的發(fā)展，也會使得電網(wǎng)更加復(fù)雜。系統(tǒng)越復(fù)雜，安全事故的影響就越大，整個(gè)社會為其付出的成本就越大。理所當(dāng)然，那時(shí)對系統(tǒng)韌性和抗事故能力的要求將會越高?？梢酝ㄟ^改變系統(tǒng)的構(gòu)建，如建設(shè)智能電網(wǎng)，來提高其可靠性。
在目前我國電力系統(tǒng)逐漸升級，向堅(jiān)強(qiáng)化和智能化方向發(fā)展的大背景下，在城市配電網(wǎng)的發(fā)展建設(shè)中，卻出現(xiàn)了一種所謂“以鋁代銅”的口號。這是極其不可取的。其實(shí)質(zhì)上是一種誤導(dǎo)，需要被認(rèn)清。通過分析會發(fā)現(xiàn)，若是大量鋁合金電纜進(jìn)入配電系統(tǒng)，不僅會為智能電網(wǎng)建設(shè)帶來隱患，也會出現(xiàn)與智能電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)相違背的結(jié)果。國務(wù)院發(fā)展研究中心資源與環(huán)境政策研究所發(fā)布的《我國銅鋁資源在電力電纜市場應(yīng)用戰(zhàn)略規(guī)劃研究》研究報(bào)告)，通過對銅鋁鋁合金導(dǎo)體、電纜的多方面的比較分析的出了不宜在電力傳輸領(lǐng)域“以鋁代銅”的結(jié)論。具體一些數(shù)據(jù)見附表。
電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，電力電纜的故障80%發(fā)生在接頭部位。在這一點(diǎn)上，銅具有鋁及鋁合金無可比擬的優(yōu)越性，即使受到氧化，生成的氧化銅仍是優(yōu)良導(dǎo)體，能夠保證接頭和端子的電連接性能;而鋁合金電纜即使有良好的施工工藝保障，在接頭或端子部位受到氧化后，生成的氧化鋁是絕緣體，會導(dǎo)致接頭或端子導(dǎo)電性劣化，從而加劇接頭或端子發(fā)熱從而使氧化更加嚴(yán)重。如此惡性循環(huán)，從而發(fā)生電纜系統(tǒng)故障。若考慮到未來，有可能有電動汽車以及新能源的接入時(shí)，電網(wǎng)末端負(fù)荷波動頻繁，潮流幅度變化劇烈，使得接頭端子處溫度波動大，頻繁出現(xiàn)熱脹冷縮，不同材料端子接觸的熱穩(wěn)定性問題可能還會凸現(xiàn)。
很多的電力事故都伴隨有火災(zāi)發(fā)生。一般電力電纜發(fā)生火災(zāi)，起初表現(xiàn)為由于產(chǎn)生過量的焦耳熱而導(dǎo)致溫度異常升高。常見的起因有電纜的接頭電阻增加，絕緣層老化，對地漏電或線間漏電等等。而電纜溫度增加又會加劇產(chǎn)生溫度的原因，形成正反饋，導(dǎo)致電纜在火災(zāi)面前相當(dāng)脆弱。電纜火災(zāi)一旦發(fā)生，則火勢兇猛，蔓延迅速，在燃燒時(shí)會發(fā)生大量的有害氣體，造成撲救困難。不僅著火電纜回路受到影響，還將會影響到電纜溝內(nèi)的其他電纜。電纜燒壞后，修復(fù)時(shí)間長，損失嚴(yán)重。
若電網(wǎng)的保護(hù)系統(tǒng)控制得不夠好，或未能正常工作，還會導(dǎo)致事故的影響進(jìn)一步擴(kuò)大。電網(wǎng)中壓系統(tǒng)電纜負(fù)荷高，出現(xiàn)故障時(shí)，影響范圍更大。如果電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和潮流分布設(shè)計(jì)的不夠合理，同時(shí)事故又發(fā)生在電網(wǎng)的負(fù)荷高峰期，那么就極有可能會導(dǎo)致電網(wǎng)逐級解列，更有甚者還可能會引發(fā)區(qū)域性的大面積停電，形成重大電力事故，損失將難以估量。所以應(yīng)該盡可能地預(yù)先采取措施來降低事故風(fēng)險(xiǎn)，做到防患于未然。
其他事故引起的火災(zāi)也對配電系統(tǒng)產(chǎn)生挑戰(zhàn)。銅電纜的防災(zāi)、抗災(zāi)能力大大優(yōu)于鋁合金電纜。鋁合金電纜在耐高溫性能方面性能弱，鋁的熔融溫度為660℃，而銅可達(dá)1080℃，在高溫環(huán)境中使用的耐火電纜要求要在經(jīng)受750℃～1000℃作用下仍能維持通電的功能。
另外，由于鋁的電導(dǎo)率低，為了獲得和銅電纜相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電能力，需要將電纜截面提高到約銅電纜的1.6倍。然而，目前城市電纜的通道無論是地上還是地下都受限，有限的通道資源鋪設(shè)的電纜越來越多，越來越密，在此情況下如再用加大截面的鋁合金電纜，幾乎不可行，如強(qiáng)行使用會導(dǎo)致電纜間距越來越小，散熱能力下降，通道或電纜溝溫度越來越高，構(gòu)成極為嚴(yán)重的安全隱患。
現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)很多由于電力基礎(chǔ)設(shè)施的質(zhì)量不過硬，會導(dǎo)致后期電網(wǎng)的運(yùn)行和維護(hù)成本急劇增加的情況。隨著中國人口老齡化的到來，未來人力資本的成本將會上升，電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)維成本的問題更加需要引起重視。當(dāng)下智能電網(wǎng)建設(shè)中，這個(gè)教訓(xùn)應(yīng)該吸取，避免不得不用銅電纜再替換鋁電纜。
電纜作為智能電網(wǎng)的物理層基礎(chǔ)，扮演的作用會越發(fā)重要，它的品質(zhì)是整個(gè)系統(tǒng)順利運(yùn)行的基本保障。在智能電網(wǎng)配電系統(tǒng)建設(shè)中，若只是出于投資成本的考慮而引入鋁合金電纜，無論如何都不是一個(gè)明智的選擇。提高系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)該從最基礎(chǔ)的物理層做起。
智能電網(wǎng)的一個(gè)目標(biāo)是通過交易機(jī)制設(shè)計(jì)，提高電網(wǎng)的能效，增加其經(jīng)濟(jì)性，簡單的說就是“消峰填谷”，從而實(shí)現(xiàn)促進(jìn)電力經(jīng)濟(jì)性提高。這類經(jīng)濟(jì)性是以安全性和可靠為前提的。因?yàn)榘踩院涂煽啃圆贿^關(guān)，對經(jīng)濟(jì)性的追求將失去基礎(chǔ)。
在國際上我們也可以看到，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，對電力安全可靠性和電能質(zhì)量要求高的國家，如日本，其配電系統(tǒng)很少使用鋁質(zhì)電纜;而經(jīng)濟(jì)相對落后，對供電連續(xù)性和電能質(zhì)量要求低的國家，如印度，出于投資成本考慮才比較多的使用鋁制電纜。未來中國社會經(jīng)濟(jì)水平還將快速提高，所以經(jīng)濟(jì)考量不應(yīng)該成為當(dāng)前電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的首要因素?？傊?，基于更宏觀的考量可以發(fā)現(xiàn)，除了初期的投資建設(shè)成本比較低，鋁合金電纜在電纜的整合生命周期中，在整個(gè)配電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行中，并不具備單獨(dú)的成本優(yōu)勢。如果再考慮到安全可靠以及電網(wǎng)本身產(chǎn)生的綜合社會效益，銅電纜無疑是最優(yōu)的選擇。
智能電網(wǎng)的目標(biāo)應(yīng)該是安全，可靠，高效，低碳，經(jīng)濟(jì)。為了降低事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，降低整個(gè)生命周期中的電纜成本，減少損耗，提高能效和供電質(zhì)量，在智能電網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)該首選銅電纜而非鋁合金電纜。
