Перспективы замены меди алюминием в кабельно-проводниковой продукции

ТЕНДЕНЦИИ НА МИРОВОМ РЫНКЕ МЕДИ И АЛЮМИНИЯ

Медь. В начале августа этого года цена на медь достигла 9800 долл./т, что выше исторически пиковых значений 2008 года, когда цена поднималась до уровня 9000 долл./т, после чего последовало резкое её снижение до 3500 долл./т в первом квартале 2009 г. С тех пор цена постепенно устойчиво росла, добравшись до отметки 7243 долл./т в первом квартале 2010 года. Затем последовала временная пауза перед тем, как цена снова пошла вверх. В феврале этого года значение цены превысило 10 тысяч долл./т, после чего произошло её снижение (рис. 1).

Только частично рост цены на медь можно объяснить удешевлением доллара. Значимыми факторами являются более быстрое, чем ожидалось, восстановление мирового потребления меди, особенно в Азии, и снижение настороженности по поводу наступления второй фазы кризиса. Запасы меди на Лондонской бирже металлов стали снижаться. Ещё одним фактором послужил интерес к меди со стороны представителей финансового сектора, которые в условиях сильной неопределённости на фондовом и денежном рынках вкладывают капитал в ликвидные металлы (торгуемые на биржах).
После того как в 2009 году на мировом рынке избыток меди достиг миллиона тонн, в 2010 году её производство увеличилось незначительно, тогда как спрос неожиданно быстро вырос. В результате по итогам прошлого года дефицит меди в мире был оценен в 252 тыс. тонн. Глобальный спрос на провода и кабель, для изготовления которых используется около половины потребляемой меди, сейчас увеличивается довольно активно. Второй раз за последнее десятилетие (первый раз в 2004 г.) во всех главных регионах мира отмечено повышение потребления кабельно-проводниковой продукции. В 2010 г. объём добытой меди практически не увеличился по сравнению с 2009 г., поскольку крупные проекты по освоению новых месторождений не были реализованы, а качество руды на многих функционирующих местах добычи снизилось.
В последние годы скрап стал очень важным компонентом на рынке меди. После обрушения цен на медь в четвёртом квартале 2008 г. вторичный металл практически исчез из обращения, и 2009 г. был бедным по предложению скрапа. Более того, трейдеры не были склонны продавать скрап в Китай, после того как в конце 2008 г. китайские покупатели отказались выполнять ранее заключённые контракты, которые были основаны на высоких ценах. Также негативно сказалось падение промышленного производства в Северной Америке и Западной Европе, являющихся главными регионами по формированию процессного медного скрапа. Мировое предложение вторичной меди снизилось более чем на 10% от предкризисного уровня. Эта нехватка скрапа частично объясняет рост потребления первичной меди в последние годы.
В ближайшем будущем прогнозируется превышение мирового потребления меди над производством. По оценке Международной группы изучения меди, уровень дефицита металла в мире будет равен 377 тыс. т в 2011 г. и 279 тыс. т в 2012 г. Начиная с 2013 г. ожидается ввод новых проектов в сфере добычи, и предложение меди начнёт расти быстрее, чем спрос на неё, что должно привести к снижению цены до уровня около 7 тыс. долл./т по прогнозу Международной федерации производителей кабельной продукции.
В связи с ожидаемым сохранением высоких цен на медь в ближайшем будущем производителям кабельно-проводниковой продукции необходимо внимательно относиться к рынку меди, поскольку вырастет потребность в оборотном капитале и может возникнуть нехватка сырья для тех из них, кто не позаботится о сырьевых запасах. Поэтому понятен интерес к альтернативным по отношению к меди сырьевым материалам для изготовления проводов и кабелей, прежде всего к алюминию.

Алюминий. В течение фазы роста цен, начавшейся в 2006 г., цена на алюминий следовала за динамикой цены на медь, и, когда в четвёртом квартале 2008 г. цены рухнули, поведение цен на алюминий мало отличалось от изменений цен на медь. Хотя с тех пор уровень цен на медь восстановился и превзошёл докризисные значения, цена на алюминий восстановилась лишь частично. В настоящее время она колеблется около 2400 долл./т (рис. 2), тогда как в 2008 г. достигала 3000 долл./т. Таким образом, на фоне обесценившегося американского доллара и высоких цен на медь алюминий стал выглядеть более привлекательно как сырьевой материал для изготовления проводов с точки зрения издержек.

В отличие от рынка меди предложение первичного алюминия лучше соответствует спросу на него, и в результате биржевые запасы алюминия достаточно высоки. Общее количество этих запасов в мире достигает 6,5 млн т, которых должно хватить примерно на три месяца при текущем темпе потребления алюминия, хотя часть запасов хранится для финансовых целей, что делает их недоступными для текущего использования. Темпы роста производства алюминия не отстают от его потребления, даже несмотря на решение Китая сократить на территории страны мощности по производству алюминия с целью ограничения потребления энергии.
Поскольку запасы алюминия высоки и стабильны и планируются новые проекты по его производству, то прогнозируется, что рост мирового предложения этого металла будет соответствовать росту спроса на него, следовательно, не ожидается значительного повышения мировых цен на алюминий. Единственный фактор, который может привести к росту цены, — это возможность значительного ограничения выпуска алюминия в Китае для экономии электроэнергии, но его наступление считают маловероятным. Соответственно, цена на алюминий сохранится на текущем уровне (примерно 2200— 2500 долл./т) в последующие два года. Поэтому соотношение между ценами на медь и алюминий ожидается высоким.

РАСЧЁТНАЯ ОЦЕНКА ЗАМЕНЫ МЕДИ АЛЮМИНИЕМ В ПРОВОДНИКАХ

Исследование относительных издержек изготовления медных и алюминиевых проводников должно опираться на три фактора: соотношение цен на металлы, их веса и проводимости. Медь значительно тяжелее алюминия (плотность меди составляет 8,9 г/см³, алюминия — 2,7 г/см³), из чего следует, что медный проводник в 3,3 раза тяжелее алюминиевого такого же размера. Однако алюминий обладает только 0,61% проводимости меди, и, чтобы провести такой же ток, алюминиевый проводник должен быть больше медного по площади на 0,61%. Таким образом, единица веса проводимости алюминия лишь в два раза выше (3,3х0,61), чем у меди. И поскольку ценовое отношение между медью и алюминием в настоящее время достигает 3,5 раза (рис. 3), то медный проводник обойдётся в 7 (2х3,5) раз дороже, чем эквивалентный ему проводник из алюминия.

Однако сопоставление медных и алюминиевых проводников этим не исчерпывается. Потребляемый кабель обладает стандартными размерами, но невозможно изготовить алюминиевый проводник по размерам, точно совпадающим с медным. Потребуется изготовлять проводник из алюминия по размерам примерно в два раза больше, чем из меди. Соответственно, необходимо больше изолирующего и защитного материала, что снизит ценовую привлекательность алюминия.
Например, если мы возьмём 70 мм² медного кабеля, в котором расходы на проводник составят 65% от общих издержек производства кабеля, то эквивалентные 120 мм² алюминиевого кабеля будут дешевле на 23,5%. Но если доля медного проводника в кабеле составит 80% от общих издержек производства кабеля, то экономия от использования алюминиевого кабеля достигнет 46%. Только в случае, если расходы на медный проводник будут ниже 50% от общей стоимости кабеля, эквивалентный ему алюминиевый кабель будет незначительно дешевле. В большинстве низковольтных и во многих средневольтных кабелях доля расходов на проводник в издержках изготовления составляет в настоящее время более 50%, поэтому переход к алюминиевому проводнику может дать значительную экономию.

ОМЕДНЁННЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ (COPPER CLAD ALUMINIUM) ПРОВОДНИК

Омеднённый алюминиевый (Copper Clad Aluminium, ССА) проводник известен уже много лет наряду с омеднённым стальным проводником. Первоначально его использовали в телекоммуникационных кабелях. Проводники CCA состоят из двух различных материалов — жил, изготовленных из алюминия, снаружи покрытых медью. Причина такой конструкции очевидна — медь вносит весомую составляющую в общую стоимость кабеля, и частичная замена меди алюминием существенно её снижает. Такие кабели должны иметь хорошие характеристики при передаче высокочастотных сигналов из-за проявления поверхностного эффекта (скин-эффект), когда сигнал распространяется только по поверхности проводника, то есть по внешнему медному слою жилы. В условиях высоких цен на медь предпринимаются попытки изучения применения ССА-проводника для изготовления силовых кабелей. В жиле ССА-проводника медь обычно занимает 10% объёма, 5% от поперечного сечения жилы, 43% от веса.
Производители ССА-проводника утверждают, что этот материал обладает по сравнению с медью такими преимуществами алюминия, как малый вес и дешёвая стоимость, без наличия его недостатков. На практике эти преимущества в материальных издержках могут быть нивелированы более высокими расходами по изготовлению такого проводника, так как процесс плакирования сложнее, чем обычное волочение проволоки. Более низкая проводимость ССА означает, что при изготовлении кабеля потребуется жила большего размера по сравнению с медным проводником. Следовательно, в таких обстоятельствах ценовое преимущество ССА-проводника перед медным будет снижаться.
Множество производителей ССА-проводников находится в Китае, крупнейшим из них является компания Fushi Copperweld. Эта компания также владеет крупной американской фирмой Copperweld. За пределами Китая и США производство ССА-проводников незначительно. Общая мощность Fushi Copperweld составляет 36 тысяч тонн, тогда как мировое производство ССА-проводников в 2009 г. оценивалось в 180 тысяч тонн. Большая часть этого объёма пошла на изготовление коммуникационных кабелей, в других областях кабельного производства применение ССА-проводников ограниченно.

Помимо традиционных сфер использования ССА в коаксиальных кабелях и некоторых специфичных обмоточных проводах, в настоящее время существуют другие области его использования. Одной из них является производство LAN-кабелей, в основном в Китае. Конечно, главной целью в этом случае становится снижение издержек, однако следует понимать, что такой кабель не соответствует требованиям к качеству кабеля для деловых или промышленных помещений. Этот LAN-кабель вполне подходит для внутренних жилых помещений. Кроме того, существуют сведения, что ССА применяют в кабеле для датчиков и для устройств выработки электроэнергии в ветроустановках, где небольшой вес проводника имеет высокую значимость. Другие возможные сферы использования ССА — это изготовление внутреннего электропровода и силового кабеля. Одним из главных препятствий применения такого рода кабелей является то, что ССА-проводник не включён в спецификации. Ранее в некоторых стандартах, например в Британском Стандарте, ССА упоминался как один из вариантов, но впоследствии он был оттуда убран, и сейчас у ССА-проводников появится возможность для роста потребления, только если они будут включены в технические стандарты. Это требует довольно много времени, поэтому не стоит ожидать расширения применения ССА в ближайшем будущем. Только в тех областях, где нет государственных стандартов, например, в изготовлении промышленного оборудования, производители которого используют собственные стандарты, у ССА-проводников есть шанс.
Другие проблемы расширения потребления ССА-проводника состоят в трудности его рециклинга и риске загрязнения им чистого медного скрапа. Если покрытый оловом медный провод может быть обнаружен и выделен по внешним признакам, то сепарация ССА-скрапа становится более сложной задачей. Внешне ССА-провод выглядит так же, как медный, поэтому его нужно разрезать, чтобы обнаружить алюминий в сечении. Эта проблема станет серьёзной, если произойдёт расширение использования ССА-проводов. В Европе наблюдается лишь небольшая степень загрязнения ССА-скрапом вторичного промышленного сырья, тогда как в Китае более внимательно относятся к контролю скрапа, поскольку отработанные ССА-проводники там встречаются довольно часто.
В целом попытки использования ССА-проводов, в особенности для изготовления промышленного оборудования, наблюдаются тогда, когда начинает увеличиваться цена на медь. Консервативность потребителей и отсутствие упоминания ССА-проводников в стандартах остаются главными препятствиями для расширения их сбыта.

ВОЗМОЖНОСТИ И ОГРАНИЧЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ В ОТДЕЛЬНЫХ ВИДАХ ПРОВОДНИКОВО-КАБЕЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ

Применение алюминия в кабеле для внутренней прокладки в жилищном и промышленном строительстве в глобальной перспективе очень ограниченно. Алюминий не пользуется популярностью на большинстве региональных рынков мира и занимает очень незначительную часть в потреблении. Там, где раньше он широко использовался в строительном кабеле (например в Индии), сейчас алюминий вытеснен медью. Несмотря на значительный рост стоимости меди в последние годы, вряд ли произойдёт замещение меди алюминием, поскольку это приведёт к ухудшению качества проводимости, даже несмотря на разработку новых сплавов и совершенствование монтажных и соединительных устройств.
Лёгкий вес алюминия может сыграть важную роль в автомобильной промышленности, где постоянно ищут способы снижения массы автомобиля. Конечно, здесь следует соблюдать баланс с необходимостью увеличения пространства для алюминиевых проводов при замене ими медной проводки. Сегодня алюминиевый провод в автомобилях используется для аккумуляторных кабелей, но существуют планы применять его и в основных жгутах электропроводки. Например, компания Sumitomo Electric начала снабжать фирму Toyota алюминиевой автомобильной электропроводкой. Алюминиевый комплект автопроводов на 40% легче комплекта с медным проводником. Одной из возможностей замены меди в этой сфере может стать применение ССА-проводника, который тоньше алюминиевого, что приведёт к экономии пространства в автомобиле.
Провода для бытовых электроприборов так же, как и автомобильные провода, собирают в пучки перед установкой в изделие. Однако объём таких проводов обычно мал, и снижение веса не является важной задачей. Поэтому интерес к возможностям использования алюминия в этой области довольно мал. Впрочем, если применение алюминиевых автомобильных проводов станет технологически успешным, то будет легко приспособить эти технологии для изготовления проводов для бытовых электроприборов из алюминия, в результате снизятся издержки их производства. Другим направлением, связанным с использованием алюминия в электрооборудовании, является разработка облуживающегося алюминиевого провода. ССА-проводник также может потенциально стать заменителем меди в проводах для электроприборов.
Алюминиевый обмоточный провод традиционно применяют в ограниченной мере, что обусловлено определённой спецификой. В трансформаторах мощностью 15 кВА и выше часто используется алюминиевая обмотка, в частности, для трансформаторов, устанавливаемых на мачтах, когда важен лёгкий вес алюминия. Также алюминий применяют в моторах с низким рабочим циклом, таких, как измельчители, двери гаражей с автоматическим открыванием. В остальных областях использования обмоточных проводов алюминий не рассматривается как эффективный заменитель меди, хотя ССА-провод применяется в высокочастотных катушках. Можно ожидать продолжения замены меди алюминием в обмоточных проводах, но это будет постепенный и нераспространённый процесс.

ВЫВОД

Таким образом, в ближайшие годы прогнозируется довольно высокий уровень мировых цен на медь, что негативно сказывается на расчётах издержек производства кабельно-проводниковых изделий. В таких условиях поставщики этих изделий более внимательно изучают перспективы замещения меди алюминием, чья цена в последнее время в 3,5 раза ниже цены на медь, тогда как в прошлом эта разница была гораздо меньше. Определённые препятствия, связанные с физико-химическими свойствами алюминия и ограничениями технических стандартов, не позволяют полноценно заменить медные проводники алюминиевыми. Тем не менее в ряде случаев, как было показано в статье, поиск возможностей по такой замене может увенчаться успехом при определённых усилиях. В частности, это касается автомобильных проводов, некоторых силовых кабелей, обмоточного провода.

При подготовке статьи использованы материалы Международной федерации производителей кабельной продукции, Международной группы изучения меди.