为落实“双碳”战略，习近平总书记于2021年3月15日在中央财经委员会第九次会议上提出，要构建以新能源为主体的新型电力系统。预计到2060年，我国新能源（水风光核电）发电量将由目前的32%提升至88%以上。未来西部清洁能源、海上风电将是我国构建新型电力系统、实现能源结构转型的重要战略支撑。在新型电力系统建设中，大容量输电用交直流电缆系统、交直流电容器是西电东送、跨海输电和海上新能源接入的核心电工装备。
近年来，随着远海输电、特高压输电及柔性直流输电对高压交直流电缆、交直流电容器等高端电工装备的需求快速提升，交联聚乙烯、聚丙烯等高端聚烯烃材料作为高压电缆、电容器的基础原材料获得巨大应用。
交联聚乙烯电缆材料
国内高压电缆绝缘材料需求巨大，用量超10万吨/年，通过多年技术攻关，国内自2006年以来已成功逐步实现了35kv及以下电压等级电缆绝缘材料的全部国产化替代，但110（66）kv及以上电压等级电缆所使用的绝缘材料几乎全部依赖进口。其中，国家电网公司近三年交流35kv及以上电力电缆市场规模约231亿元，其中电缆绝缘材料采购金额约23亿元，近三年平均增长率为21.1%，高压电缆绝缘材料市场发展前景巨大。
国内自2012年起在高压交、直流电缆绝缘材料“卡脖子”技术方面布局研究，国内电缆绝缘和屏蔽材料关键技术得到了大幅提升。国内已掌握了220kv及以下电缆绝缘和屏蔽材料关键技术，初步突破了500kv交、直流陆缆绝缘材料关键技术，并开展了220kv交流和500kv直流工程试用，但应用段长较小；国内尚未掌握500kv交、直流海缆绝缘材料复配及工厂软接头技术，640kv及更高电压等级绝缘材料等尖端技术研制方面尚未开展。
对于上游聚乙烯原材料生产，国内基料厂家所使用的管式法高压低密度聚乙烯生产核心设备及工艺包均为国外进口，由于在装备和工艺上均为进口，国内在工艺上消化、吸收投入不足、缺乏再创新的能力，制约了高压电缆聚乙烯基料技术发展。
在高压电缆制造方面，目前国内厂家使用的核心挤出机与配套的高精度称量设备及高精度的光学杂质分拣设备均为进口，国内目前尚无相关替代厂家。
国内电缆绝缘及屏蔽料行业发展面临国外企业恶意竞争的风险。受进口贸易和疫情影响，国内高压电缆制造企业均发生了110kv、220kv及以上电压等级进口电缆料交货周期延长及材料短缺的情况，这些都在一定程度上制约了国产电缆料的发展。
针对于现有难题，在国家科技部、国家电网公司的引领下，以国网智能电网研究院有限公司、北京智慧能源研究院为代表的科研单位开展了一系列国产化攻关工作。在电缆标准领域方面编制了国内首套220kv交流电缆绝缘及屏蔽材料标准，牵头研制的自主绝缘料和屏蔽料的交流110kv电缆于在宁夏石嘴山挂网示范，交流220kv电缆于2021年在辽宁阜新实现国内首次挂网运行，目前运行状态稳定；牵头研制出500kv直流电缆、500kv交流电缆绝缘材料，目前均通过型式试验，其中500kv直流电缆已在张北工程中开展示范应用，于2021年5月完成竣工试验。
未来高端聚乙烯电缆的发展前景主要集中在聚乙烯基料微观分子结构优化，绝缘料配方体系多组分协同调控方面进行改进，研制焦烧时间长、耐长时挤出绝缘料，满足大长度电缆要求，开辟大容量、高长度输电网络的“高速公路”。
热塑性电缆材料
传统交联聚乙烯的热固性电缆绝缘材料虽然有绝缘强度高、耐老化性能好的优势，但是每年消耗超80万吨，其中低压约70万吨，高压超10万吨，均无法实现再次回收利用，双碳背景下，环保热塑性绝缘材料替代需求巨大，热塑性环保电缆具有大容量、可回收等技术优势，代表未来高压电力电缆的发展方向。
目前意大利普睿司曼在热塑性绝缘电缆研发方面处于国际领先地位。该公司研制的中压热塑性聚丙烯电缆应用已超过5万公里，分布在意大利、西班牙和荷兰等国家，其基于p-laser技术的525kv热塑性直流电缆系统已通过型式试验。日本三菱、韩国ls cable、瑞士eifelkabel和法国耐克森公司已开发出中压热塑性聚丙烯电缆，均通过型式试验验证，但目前还未进行工程应用。
热塑性电缆材料主要成分是一种环保可回收的聚丙烯基高性能热塑性弹性体（hpte），其运行温度可达110℃，相较于交联聚乙烯提升20%，并且由于无交联和脱气过程，因此生产周期短，相较于交联聚乙烯可减少94%，整体生产成本低。然而目前依然存在材料、工艺、试验等方面的技术难点。
聚丙烯材料由于其本身柔性差，不适合直接用来生产电缆，可以通过降低弹性模量来改变柔性，而改性过程中材料的电气性能出现下降，因此需要改善抗弯曲和低温脆性时导致电气性能下降问题。尽管国内外目前初步建立了中压热塑性电缆标准，但尚缺少应用验证，对热塑性电缆针对性评估仍需进一步研究。
目前热塑性聚丙烯电缆材料主要是通过物理化学改性的方式解决材料、工艺本身的问题，具体包含物理共混改性、化学接枝改性、共聚改性、纳米改性等。由国家电网公司牵头，组织上下游企业的联合攻关，研制了国内首条10kv交流热塑性聚丙烯电缆，在江西上高县投运；研制了35kv交流热塑性电缆在天津挂网，为国内首条公里级中压热塑性聚丙烯电缆的示范应用。
聚丙烯薄膜材料
干式直流电容器是柔直系统换流阀系统中唯一没有国产化的器件，体积约占75%，已投运张北及白江工程用量约4万台，全国在建及投运工程总约14万台，单价2万~2.5万元，产值30亿元以上，所需薄膜材料约1万吨（约19亿平方米）、树脂约1.5万吨，全部依赖进口。
干式直流电容器核心材料超净聚丙烯树脂材料及双向拉伸聚丙烯薄膜（bopp）国内仍无对标产品，电工级高纯净聚丙烯树脂作为bopp薄膜的原材料直接关乎bopp的性能。其使用的原材料多依赖于从欧洲与韩国进口，尚未见到国产聚丙烯原料大批量应用于电容器膜。高等级聚丙烯树脂年进口12万吨以上，进口额约20亿元，其中，北欧化工树脂持续2万/吨以上。
干式直流电容器本身具有容量大、耐压高、电流大、能量密度高、寿命高、用量大的特点，对设备及材料本身提出严格要求。薄膜材料作为电容器的核心绝缘介质，具有厚度薄（4~6μm）、工作场强高（≥230kv/mm）、耐受温度高（105℃）的特点，目前国产树脂薄膜材料电气性能极限裕度较进口树脂仍存在一定差距。
国产薄膜本身结晶度低、电气性能较差、批量加工稳定性不好，一部分原因是国内薄膜厂家双向拉伸工艺没有国外厂家成熟，更主要则是国产聚丙烯树脂在等规度、分子量分布、灰分水平上与进口聚丙烯树脂存在明显差距。目前国内外聚丙烯原料差异主要表现在以下方面：
一是产品灰分较高：尽管国内电工级聚丙烯树脂近年进行了多次迭代，批量灰分已从100×10-6降低至20×10-6~30×10-6，但仍高于进口产品灰分含量（小于15×10-6）。较高灰分水平树脂对于后续薄膜批量化拉伸稳定性、电弱点、抗电强度有明显的影响；
二是产品等规度指数、结晶度较低：北欧化工进口树脂五组分单元占比较国内产品较高。较低的等规序列在宏观上就表现在国内树脂粒子结晶度偏低，整体抗电强度、力学强度较国外产品差距较大，直接影响到后端薄膜产品的性能。
三是产品分子量分布不均，小分子含量过多。不均匀分布的分子量会导致薄膜双向拉伸时工艺窗口较窄，调整时间长，破膜概率高，而过多的小分子也会在拉膜时随着高温挥发到车间中。市场反馈国产聚丙烯膜料在生产制造时烟雾很大，除此之外，国产破膜率和北欧化工产品相对比差距也较大，而日本住友与大韩油化生产的聚丙烯膜料破膜率相比国产也较低。这些直接导致目前的国内产品不能批量化稳定生产，更难以在市场上占有一席之地。
对于柔直用干式电容器薄膜及树脂材料，国内外均没有针对性试验标准，缺乏电工级聚丙烯树脂、薄膜材料专用技术标准。同时国内产品尚未实现工程应用，缺乏长期寿命准确评价。因此依托国家电网公司特高压部专项工作，联合国内石化厂家及薄膜厂家，国网智研院率先提出了柔直电容器用高等级聚丙烯树脂、薄膜材料技术指标及评价方法。在原有标准的基础上，聚丙烯树脂新增等规度（核磁）、灰分、结晶度、氧化诱导期、分子量分布等性能指标；熔体质量流动速率中心值及波动值提高要求。聚丙烯薄膜材料新增了结晶度、弹性模量等技术指标；同时针对性提高拉伸强度及断裂伸长率、表面粗糙度、电气强度、电弱点等技术指标要求。结合交直流叠加运行工况，在国内首次制定了直流电容器技术规范，新增交直流叠加耐久性、破坏性、外壳耐爆试验，建立了柔直用聚丙烯树脂、薄膜材料、元件及直流电容器标准体系。
国网智研院联合中石油兰州石化公司，针对北欧化工hc300bf高温聚丙烯树脂，确定了超净高等规工艺技术路线，对现有4万吨/年工业装置进行了工艺装置改造；正在开展工艺改进后产品试制与验证，进一步提高灰分、等规度、分子量分布性能。同时牵头国内主流三家薄膜厂，批量制备了未洗涤国产树脂薄膜，研制了2.8kv、8mf直流电容器；样机通过了现有gb/t 17702型式试验及直流耐久性试验，但整体性能裕度与北欧树脂仍有10%性能差距，仍不能满足高端柔直用直流电容器可靠性要求，需要从原材料端解决粒子本身特性问题。
未来电工级聚丙烯树脂国产化主要是从三个方面提升改进：一是通过减少灰分引入、去除灰分工艺，满足高击穿、高储能密度发展要求；二是控制序列长度、无规物、新型树脂体系开发，满足高耐温等级发展要求；三是控制熔指、分子量分布批次稳定，满足表面均匀及电弱点发展要求。逐渐缩小与国外产品差距，最终实现国产化替代甚至超越国外高端产品的目标。
在实现“双碳”目标的关键时期与国内外新能源大步发展的格局下，突破高端聚烯烃绝缘材料核心卡脖子技术，打破国外技术垄断，实现高性能聚烯烃材料国产化替代，对保障我国能源安全和产业可持续发展具有十分重大的战略意义。需从材料源头开展研究，建立分子结构、结晶微结构和宏观电气性能的关联关系，通过石化端对高端聚烯烃材料的调控，满足不同高端电工装备的要求。同时也需要化工材料、电工装备和应用单位上下游联动，共同发力，联合攻关，协同创新，实现产业共性问题的系统性解决。