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全球第一條撐起超大城市骨干電網(wǎng)的高溫超導電纜,經(jīng)過2年建設,已經(jīng)進入最后沖刺。2021年11月1日,據(jù)權威部門介紹,目前上海超導示范線的項目進度符合預期,預計今年年內可掛網(wǎng)送電。

上海公里級超導電纜示范工程進入沖刺階段
這條完全由上海企業(yè)和科研人員自主研發(fā)、制造、敷設、驗證的線路,將系統(tǒng)驗證高溫超導電纜的技術經(jīng)濟可行性,對高溫超導輸電技術的產(chǎn)業(yè)化具有重要意義,不僅將推動在上海和長三角打造高溫超導產(chǎn)業(yè)高地,也將大大增強我國在全球超導領域的話語權和影響力。
總長度達1.2公里 一條抵多條
如果將超導材料制成的電纜置于足夠的低溫中,它就能傳輸強大電流,同時幾乎不損失任何電能。
在城市電網(wǎng)改造中,特別是在人口密集的中大型城市,高昂的建設走廊費用、架空導線入地、縱橫交錯的各種地下管網(wǎng)、群眾關心的電磁污染等問題,都是電網(wǎng)公司面臨的難題。同時,不斷增長的高負荷電力需求與常規(guī)電纜的耐受絕緣電壓近乎到了其極限的現(xiàn)實,也制約了電網(wǎng)的發(fā)展。
對于如上所述的難題,高溫超導電纜可提供比較好的解決方案:高溫超導電纜具有損耗低、容量大、體積小、無污染等優(yōu)點。
在長度、結構、電壓、電流等許多指標上,上海即將建成的這條超導示范輸電線,都穩(wěn)居世界領先水平。
這是全球第一條用于超大城市的“公里級”超導電纜,由3根400米長的電纜連接而成,總長度達1.2公里,連接了上海西南部的兩座變電站。在35千伏的設計電壓下,一根超導電纜,就能輸送超過2000安培的大電流,抵得上4到10條傳統(tǒng)電纜。而且,它能兼容現(xiàn)有的輸變電體系。

上海國際超導數(shù)據(jù)中心
上海花費21年 打通從實驗室到市場的通道
從2000年到2021年,上海花了21年時間,基本打通了超導電纜從實驗室到市場的通道。
“國際上目前建有1公里的超導輸電線路,但是從1公里到1.2公里要解決一些瓶頸才能實現(xiàn)!眾W盛集團上海國際超導科技有限公司高級工程師、副總經(jīng)理張喜澤介紹道。
上海超導研發(fā)的超導電纜結構有些類似“三色圓珠筆”——外層的套管(相當于“筆身”)之中,包裹著三股相互絕緣超導線纜,仿佛三根“筆芯”,用以傳送三相交流電。每股線纜,最中間的是拇指粗的銅芯,外層被形如被寬面條的超導帶材包裹著,由于這類超導材料需要在零下196℃左右才能表現(xiàn)出超導特性,因此運行時,“三色圓珠筆”里將充滿液氮,給線纜降溫。
“三色筆”式的結構設計由上海獨創(chuàng)。和國際通行的方案相比,這種方案安全性更高,壽命更長,更適合超大城市電網(wǎng)的“實戰(zhàn)”需求。
為了將技術從藍圖變?yōu)楝F(xiàn)實,參與的各方付出了巨大努力。以絕熱套管為例,內外超過200℃的溫差,加上數(shù)萬伏的高壓、數(shù)千安培的電流——不難想象,為了保證確保這條超導電纜能穩(wěn)定地服務于上海中心城區(qū),單單是解決線纜套管在絕熱、絕緣、密封和強度方面的難題,就已經(jīng)相當不易。
張喜澤表示,每段超導電纜外層這幾百米長的套管,都是一次性加工而成。這種高質量波紋管的連續(xù)加工工藝,就是此次研發(fā)中由上海企業(yè)獨創(chuàng)的。實際上,這條超導線路背后的技術和裝備,幾乎都是上海自主研制的,因為國內企業(yè)根本沒有現(xiàn)成技術,而國外企業(yè)也不會銷售核心技術的專利。
整體上,托起這條1.2公里超導示范線的核心技術,從最關鍵的超導材料,到電纜結構、關鍵部件,再到頂管敷設,都是上海自主創(chuàng)新的成果。
可以說,上海已經(jīng)基本打通了超導電纜從實驗室到市場的通道。

2010年國內首根冷絕緣超導電纜通過型式試驗
緊握自主知識產(chǎn)權 聯(lián)手打造超導產(chǎn)業(yè)鏈
20年前,上海在超導產(chǎn)業(yè)方面剛剛起步。
張喜澤回憶,當年,他們曾希望通過“引進消化再創(chuàng)新”的方式,在超導電纜產(chǎn)業(yè)中謀求一席之地。但和國外超導領軍企業(yè)聯(lián)系后發(fā)現(xiàn),對方不僅不賣核心技術、不賣核心裝備,甚至連材料也不太愿意賣。2006-2007年左右,他們終于成功從國外購買了一批超導材料進行研究。
與海外公司合作遇阻后,上海國際超導研究團隊明白,要突破超導電纜核心技術,只能依靠自己。
張喜澤2003年進入上海電纜研究所工作,在黃崇祺院士以及宗曦華教授的帶領下,進行超導電纜的研究!拔覀儚漠a(chǎn)品的原材料開始研究,所有核心的生產(chǎn)裝備都是自己畫圖,在金工車間做出來的。有了設備再把產(chǎn)品設計制作出來。除了裝備和產(chǎn)品之外,還要測試。市面上沒有測試裝置,所以我們同期開發(fā)了相應的測試裝置和測試方法,現(xiàn)在已經(jīng)做到了標準化!
據(jù)其介紹,上海電纜研究所對超導電纜的研究經(jīng)歷了基礎研究、科研研究過程,中間還做了10年左右的中試研究,以解決產(chǎn)品的可靠性、安全性問題。
該研究團隊成為國內第一個全面掌握自主知識產(chǎn)權的超導電纜系統(tǒng)完整的設計及制造技術的團隊,2007年完成了中國首套超導電纜生產(chǎn)裝備的開發(fā);2010年自主開發(fā)完成國內首套超導電纜系統(tǒng)、相關測試和制造裝備。
2013年,依托寶鋼公司建成了50米長、35千伏的高溫超導電纜系統(tǒng)示范工程,連續(xù)穩(wěn)定運行達三年以上,其運行載流量和最大瞬時負荷電流達到國際領先水平。
2018年,該團隊核心人員注冊成立了上海國際超導科技有限公司。2019年,公司承擔了上海市戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)項目“國產(chǎn)化公里級超導電纜示范工程”的建設,這也是全球范圍內首次在超大城市的腹地引入超導電纜。

寶鋼示范工程穩(wěn)定運行三年
“我們是一個系統(tǒng)!睆埾矟蓮娬{,“沒有政府的支持和上下游的合作伙伴,沒有超導聯(lián)盟,我們就無法成功。”因此,上海國際超導公司的定位也是一家超導電纜系統(tǒng)的總集成設計單位。
過去20年,上海已經(jīng)在超導領域形成了一套以市場為主、政府支持、圍繞產(chǎn)業(yè)鏈布局創(chuàng)新鏈的機制與生態(tài)。這套機制成功地整合了各方資源,激發(fā)了市場活力。
2008年,上海市科委以上海電纜研究所為牽頭單位,組建了上海市超導產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟,希望以超導電纜未來巨大的市場牽引力帶動超導材料、低溫制冷等上下游產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展,聯(lián)盟參與單位包括上海超導、上創(chuàng)超導、中科院微系統(tǒng)所、中科院技術物理所、聯(lián)影、辰光、以及電力用戶國網(wǎng)上海市電力公司等。
上海政府部門牽頭,由市科委、市經(jīng)信委等形成接力,無論研發(fā)遭遇什么阻礙,都以極強的戰(zhàn)略定力,持續(xù)多年通過重大項目為團隊提供支持,幫助超導研發(fā)一步步解決技術難題,度過經(jīng)營難關。
同時,上海非常重視發(fā)揮市場機制的拉動,一方面支持高校團隊“走出校園”創(chuàng)業(yè),在企業(yè)平臺上繼續(xù)打磨技術;同時,通過政府牽頭,材料、系統(tǒng)、應用等關鍵環(huán)節(jié)的企業(yè)組建產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,聯(lián)手打造超導產(chǎn)業(yè)鏈。這種環(huán)境,使得上海成為國內唯一擁有完整超導電纜產(chǎn)業(yè)鏈的城市——保證了示范項目哪怕在疫情之下,都沒有受到太大影響。
“就在這個辦公室,我們和兩家超導原材料公司反復討論甚至爭吵超導材料應用及測試的細節(jié)!睆埾矟赏嘎。2015年-2020年,上海國際超導研究團隊和超導材料公司花了5年時間進行優(yōu)化,將實驗室的超導材料應用到了產(chǎn)品上。

超導電纜工藝車間
應用牽引產(chǎn)業(yè) 我國有望實現(xiàn)“彎道超車”
應用牽引產(chǎn)業(yè)是上海超導技術最終形成戰(zhàn)斗力的關鍵。
在此次示范線建設之前,上海已經(jīng)支持在寶鋼建設了一條50米的超導輸電線,既對超導材料和電纜技術進行了驗證,也搜集到了不少關鍵的運行數(shù)據(jù)。而后,國網(wǎng)上海市電力公司拿出市中心的骨干電網(wǎng),幫助超導技術和產(chǎn)業(yè)落地。
“電網(wǎng)對我們的支持非常重要,前提是2013年我們做的寶鋼超導電纜示范工作,有了2013年-2016年3年的運行數(shù)據(jù)。其次是2008年到2018年的中試,我們收集了大量實驗數(shù)據(jù)!睆埾矟烧f。研究團隊曾對超導電纜進行了各種標準環(huán)境和極限情況進行測試,如雷電沖擊、冷熱循環(huán)、超導接頭長期應力、制冷系統(tǒng)故障等。
電力部門從需求側出發(fā),為研發(fā)指明了方向,使得他們能夠更精準的將資源聚焦于重點,而且堅定了各方對產(chǎn)業(yè)的信心。
示范線推進以來,上海高溫超導帶材的產(chǎn)能、性能、質量都有了突飛猛進的提升,企業(yè)也得到了更多投資方的關注,經(jīng)營管理水平和抗風險能力顯著提升。
2020年,在上海市委市政府的關心下,上海電纜研究所對超導團隊完成“混改”,引入奧盛集團、國網(wǎng)上海市電力公司、上海電氣輸配電集團有限公司等產(chǎn)業(yè)鏈上核心單位,共同組建了如今的上海國際超導科技有限公司。
上海市經(jīng)信委相關負責人指出,示范工程建成后,將全面系統(tǒng)驗證自主高溫超導技術,并為進一步拓展應用積累經(jīng)驗。目前,上海正計劃依托長三角,籌建高溫超導制造業(yè)創(chuàng)新中心。未來,隨著材料、裝備等的發(fā)展,上海將“解鎖”更多高溫超導的應用,打造高溫超導產(chǎn)業(yè)高地。

2020年3月31日,上海國際超導混改簽約
當前,全球范圍內較長距離高溫超導電纜的研究開發(fā)方興未艾,高溫超導電纜的實用化、商用化進程正在加速,已有多組長距離高溫超導電纜并入實際電網(wǎng)運行,主要集中在美國、日本、韓國、德國。目前已投運的最長高溫超導電纜位于德國及韓國,全長約為1公里。
隨著全球越來越關注高溫超導輸電技術的發(fā)展,多國正在計劃開展超導電纜大規(guī)模商業(yè)化應用。如美國AMSC已經(jīng)正式啟動將三大電網(wǎng)實現(xiàn)完全互聯(lián)和可再生能源發(fā)電并網(wǎng)的“Tres Amigas超級變電站”項目,采用高壓直流超導輸電技術實現(xiàn)電網(wǎng)互聯(lián)。韓國正在推動現(xiàn)有電力傳輸網(wǎng)采用高溫超導電纜的進程,預計在未來五年內將實現(xiàn)50km高溫超導電纜在實際商業(yè)電網(wǎng)中的使用和服務。
德國計劃在“十四五”推進一項名稱為“Super Link”的超導電纜工程項目,探索12公里長超導電纜工程建設的可行性。此外,日本、荷蘭、丹麥等國家也正在積極運籌本國的超導電纜規(guī)劃,構建超導電纜輸電網(wǎng)絡。
在張喜澤看來,我國有望在超導電纜領域實現(xiàn)“彎道超車”。“20世紀80年代高溫超導材料被發(fā)現(xiàn),國際上的超導電纜研究于上世紀90年代末期起步,中國在2000年起步,基本與國際保持同步,這相比傳統(tǒng)電纜領域,差距小很多。這是一個前沿的研究領域,超導電纜也是一個全新的產(chǎn)品,我們的機會比較大!
我國自“九五”以來即開展高溫超導電纜的研究,先后研制出多條不同長度和電流的高溫超導電纜并投入實際工程運用,為我國高溫超導電纜設計、制造和運行積累了重要經(jīng)驗。
2013年,上海電纜研究所牽頭建成的國內首套50米,35kV、低溫絕緣高溫超導電纜在寶山鋼鐵股份有限公司掛網(wǎng)運行,標志著我國在實用低溫絕緣高溫超導電纜技術中獲得重大突破,成為國際上少數(shù)成功建設低溫絕緣高溫超導電纜示范工程的國家。
2021年9月南方電網(wǎng)在深圳完成400米超導電纜的掛網(wǎng)運行;天津富通百米級二代超導示范線也已掛網(wǎng)運行;江蘇省電力公司擬在同里小鎮(zhèn)建設直流超導電纜線路等。

兩大超導產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
高溫超導電纜會 徹底顛覆傳統(tǒng)電網(wǎng)嗎
張喜澤透露,現(xiàn)在超導電纜技術在不斷更新, “3-5公里長的超導電纜線路已經(jīng)有很大的應用前景了,可以在城市輸電實現(xiàn)一定的規(guī)模化。”
但是,他認為超導輸電線路的大面積規(guī)模化短期內“可能不現(xiàn)實”!拔覀儾恢竿瑢щ娎|把所有常規(guī)電纜換掉,因為國家已經(jīng)有了非常完善的常規(guī)電纜系統(tǒng)和運維體系,大面積更換需要耗費大量人力、物力。但是在一些城市地下空間和土地緊張的新建、改建的地方,可以使用超導電纜。”
隨著上海國網(wǎng)電力示范工程的試點應用,高溫超導輸電有望在上海新型電網(wǎng)建設上率先實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化推廣。
張喜澤指出,在城市電網(wǎng)改造和電力擴容方面,可以發(fā)揮高溫超導電纜載流量大、體積小的優(yōu)勢;在人口密集區(qū)電力設施建設方面,可以發(fā)揮高溫超導輸電沒有電磁輻射、系統(tǒng)可靠性高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢,緩解群眾對變電站、變壓器、輸變電線路等電力基礎設施的抵觸心理,降低工程時間成本和實施難度。以高溫超導電纜為主要輸電網(wǎng)架的超安全電網(wǎng),將改變或提升變電、配電等領域的“生態(tài)”,促進相關技術的發(fā)展。
據(jù)悉,上海國際超導的高溫超導電纜已入圍今年中國國際工業(yè)博覽會大獎18強。大獎揭曉之前,將進一步報道。
超導電纜,電力傳輸?shù)摹案咚俟贰?/strong> 超導體是一種在特定溫度下電阻轉變?yōu)榱愕奶厥獠牧希瑢щ娎|就是使用超導體代替常規(guī)的銅鋁導體制成電力電纜。 銅鋁導體、超導體、高溫超導體有什么區(qū)別? 銅鋁導體—— 過去城市電力主要依賴電纜內部的銅鋁導體傳輸,但是銅鋁導體有電阻,會在傳輸電能時發(fā)熱,導致大量電能損耗,制約傳輸能量的進一步提升。 超導體—— 超導電纜利用超導材料的超導特性,使電力傳輸介質接近于零電阻,電能傳輸損耗接近于零,從而實現(xiàn)同電壓等級的大容量輸電。 高溫超導體—— 1911年,荷蘭科學家?恕た┝帧ぐ簝人拱l(fā)現(xiàn)了超導體,其臨界轉變溫度接近絕對零度(-273攝氏度),后來科學家相繼發(fā)現(xiàn)了多種臨界溫度突破液氮溫區(qū)(77K,-196攝氏度)的超導體,學術界把這類稱為高溫超導體。因為相比絕對零度高出70℃左右,故稱“高溫”。 高溫超導輸電技術的應用廣泛,被譽為下一代電力傳輸戰(zhàn)略性技術,具有線損低、傳輸容量大、走廊占地小、環(huán)境友好等優(yōu)點。
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你好:這個超導運行在多少度?沒說啊,先進在哪里?
仔細讀一下,介紹的很詳細了,填充的液氮,讓后看一下寶鋼的使用環(huán)境,這些東西都沒看出來嗎???
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