用铝代替铜 这风力发电机靠谱吗？

最近有风机厂家，开始大力宣传其自研自制的发电机用铝代替铜，采用铝绕组制造的信息。主要逻辑是，由于铝的储量丰富，价格更低，所以采用铝绕组可以降低发电机的制造成本，值得推广。据称，该厂家自研自制的铝绕组发电机成本，比行业平均水平低10%-30%。从这个角度上看，厂家推动这一技术确实能够得到不错的成本回馈，从而提升自身市场竞争力。

其实不止这一家风机厂商的产品采用了铝绕组发电机，还有发电机制造头部企业，也在大力推广铝绕组发电机。例如某发电机企业，在其10.X兆瓦直冷双馈发电机中，就采用了铝绕组；甚至在其20兆瓦海上半直驱发电机上，也采用了这一材料。

对发电机这么重要的关键零部件更换材料，只为节约成本，似乎目的不纯。毕竟风机要在恶劣环境当中，持续运行25年。但话说回来，风电机组的使用者，也就是风电项目开发企业，仅凭厂家的大力宣传，就能接受这种降成本的阳谋，对风机的可靠性不管不顾吗？其实事情并不那么简单——至少在宣传推广这项技术的层面是这样的。

把绕组从铜换成铝，在风力发电机核心性能上会面临三大挑战：

一是导电性差。铝的导电率仅为铜的60%。所以在同等功率下，需要增加导体截面积以弥补导电性不足，可能导致绕组体积略大。可即便增加导体截面积，使铝材料用量大增，也绝对没有使用铜做绕组成本高——因为铝的价格仅为铜的三分之一到四分之一。所以仅从导电性上看，用铝绕组没什么不妥之处，无非是增加材料用量。

二是耐热性差。铝的熔点为660摄氏度，显著低于铜的1083摄氏度，但通过绝缘材料的升级，例如耐高温环氧树脂，可以基本满足风力发电机的常规工作温度，低于等于155摄氏度。从这一点上看，这一挑战也不是无法逾越的。

三是损耗大与效率低。因电阻较高，铝绕组发电机运行中焦耳损耗（发热）会比较大，长期运行的效率比铜绕组低约0.5%-1%。这就需要通过优化冷却与散热系统，加以弥补。

所以问题的关键是，如何做好铝绕组发电机的冷却与散热。

据上述风力发电机头部企业信息，其设计的铝绕组发电机采用了一系列新技术改善了散热效率。比如10.X双馈发电机的空气直冷技术实现突破，使冷却效率提升了30%以上，能够有效控制住绕组温升。另外还将蒸发冷却技术应用于20兆瓦级半直驱发电机，通过相变吸热原理使冷却效率提升 40%，同时降低磁材用量 20%，弥补了铝绕组的固有缺陷。另外，该公司还与高校合作开发了新型铝合金材料，通过优化绕组结构平衡电阻与散热。

总之，用铝绕组发电机代替铜绕组发电机的目的是降本，但在实现降本的过程中，厂家绝不能忽略产品可靠性。希望随着铝加工工艺和绝缘、散热技术的进一步突破，能够使铝绕组发电机真正实现对铜绕组发电机的替代甚至超越。