【行业动态】全球首条用于超大城市的公里级高温超导电缆即将挂网送电，会彻底颠覆传统电网吗？
全球第一条撑起超大城市骨干电网的高温超导电缆，经过2年建设，已经进入最后冲刺。2021年11月1日，据权威部门介绍，目前上海超导示范线的项目进度符合预期，预计今年年内可挂网送电。
上海公里级超导电缆示范工程进入冲刺阶段
这条完全由上海企业和科研人员自主研发、制造、敷设、验证的线路，将系统验证高温超导电缆的技术经济可行性，对高温超导输电技术的产业化具有重要意义，不仅将推动在上海和长三角打造高温超导产业高地，也将大大增强我国在全球超导领域的话语权和影响力。
总长度达1.2公里
一条抵多条
如果将超导材料制成的电缆置于足够的低温中，它就能传输强大电流，同时几乎不损失任何电能。
在城市电网改造中，特别是在人口密集的中大型城市，高昂的建设走廊费用、架空导线入地、纵横交错的各种地下管网、群众关心的电磁污染等问题，都是电网公司面临的难题。同时，不断增长的高负荷电力需求与常规电缆的耐受绝缘电压近乎到了其极限的现实，也制约了电网的发展。
对于如上所述的难题，高温超导电缆可提供比较好的解决方案：高温超导电缆具有损耗低、容量大、体积小、无污染等优点。
在长度、结构、电压、电流等许多指标上，上海即将建成的这条超导示范输电线，都稳居世界领先水平。
这是全球第一条用于超大城市的“公里级”超导电缆，由3根400米长的电缆连接而成，总长度达1.2公里，连接了上海西南部的两座变电站。在35千伏的设计电压下，一根超导电缆，就能输送超过2000安培的大电流，抵得上4到10条传统电缆。而且，它能兼容现有的输变电体系。
上海国际超导数据中心
上海花费21年
打通从实验室到市场的通道
从2000年到2021年，上海花了21年时间，基本打通了超导电缆从实验室到市场的通道。
“国际上目前建有1公里的超导输电线路，但是从1公里到1.2公里要解决一些瓶颈才能实现。”奥盛集团上海国际超导科技有限公司高级工程师、副总经理张喜泽介绍道。
上海超导研发的超导电缆结构有些类似“三色圆珠笔”——外层的套管（相当于“笔身”）之中，包裹着三股相互绝缘超导线缆，仿佛三根“笔芯”，用以传送三相交流电。每股线缆，最中间的是拇指粗的铜芯，外层被形如被宽面条的超导带材包裹着，由于这类超导材料需要在零下196℃左右才能表现出超导特性，因此运行时，“三色圆珠笔”里将充满液氮，给线缆降温。
“三色笔”式的结构设计由上海独创。和国际通行的方案相比，这种方案安全性更高，寿命更长，更适合超大城市电网的“实战”需求。
为了将技术从蓝图变为现实，参与的各方付出了巨大努力。以绝热套管为例，内外超过200℃的温差，加上数万伏的高压、数千安培的电流——不难想象，为了保证确保这条超导电缆能稳定地服务于上海中心城区，单单是解决线缆套管在绝热、绝缘、密封和强度方面的难题，就已经相当不易。
张喜泽表示，每段超导电缆外层这几百米长的套管，都是一次性加工而成。这种高质量波纹管的连续加工工艺，就是此次研发中由上海企业独创的。实际上，这条超导线路背后的技术和装备，几乎都是上海自主研制的，因为国内企业根本没有现成技术，而国外企业也不会销售核心技术的专利。
整体上，托起这条1.2公里超导示范线的核心技术，从最关键的超导材料，到电缆结构、关键部件，再到顶管敷设，都是上海自主创新的成果。
可以说，上海已经基本打通了超导电缆从实验室到市场的通道。
2010年国内首根冷绝缘超导电缆通过型式试验
紧握自主知识产权
联手打造超导产业链
20年前，上海在超导产业方面刚刚起步。
张喜泽回忆，当年，他们曾希望通过“引进消化再创新”的方式，在超导电缆产业中谋求一席之地。但和国外超导领军企业联系后发现，对方不仅不卖核心技术、不卖核心装备，甚至连材料也不太愿意卖。2006-2007年左右，他们终于成功从国外购买了一批超导材料进行研究。
与海外公司合作遇阻后，上海国际超导研究团队明白，要突破超导电缆核心技术，只能依靠自己。
张喜泽2003年进入上海电缆研究所工作，在黄崇祺院士以及宗曦华教授的带领下，进行超导电缆的研究。“我们从产品的原材料开始研究，所有核心的生产装备都是自己画图，在金工车间做出来的。有了设备再把产品设计制作出来。除了装备和产品之外，还要测试。市面上没有测试装置，所以我们同期开发了相应的测试装置和测试方法，现在已经做到了标准化。”
据其介绍，上海电缆研究所对超导电缆的研究经历了基础研究、科研研究过程，中间还做了10年左右的中试研究，以解决产品的可靠性、安全性问题。
该研究团队成为国内第一个全面掌握自主知识产权的超导电缆系统完整的设计及制造技术的团队，2007年完成了中国首套超导电缆生产装备的开发；2010年自主开发完成国内首套超导电缆系统、相关测试和制造装备。
2013年，依托宝钢公司建成了50米长、35千伏的高温超导电缆系统示范工程，连续稳定运行达三年以上，其运行载流量和最大瞬时负荷电流达到国际领先水平。
2018年，该团队核心人员注册成立了上海国际超导科技有限公司。2019年，公司承担了上海市战略新兴产业项目“国产化公里级超导电缆示范工程”的建设，这也是全球范围内首次在超大城市的腹地引入超导电缆。
宝钢示范工程稳定运行三年
“我们是一个系统。”张喜泽强调，“没有政府的支持和上下游的合作伙伴，没有超导联盟，我们就无法成功。”因此，上海国际超导公司的定位也是一家超导电缆系统的总集成设计单位。
过去20年，上海已经在超导领域形成了一套以市场为主、政府支持、围绕产业链布局创新链的机制与生态。这套机制成功地整合了各方资源，激发了市场活力。
2008年，上海市科委以上海电缆研究所为牵头单位，组建了上海市超导产业战略联盟，希望以超导电缆未来巨大的市场牵引力带动超导材料、低温制冷等上下游产业链的协同发展，联盟参与单位包括上海超导、上创超导、中科院微系统所、中科院技术物理所、联影、辰光、以及电力用户国网上海市电力公司等。
上海政府部门牵头，由市科委、市经信委等形成接力，无论研发遭遇什么阻碍，都以极强的战略定力，持续多年通过重大项目为团队提供支持，帮助超导研发一步步解决技术难题，度过经营难关。
同时，上海非常重视发挥市场机制的拉动，一方面支持高校团队“走出校园”创业，在企业平台上继续打磨技术；同时，通过政府牵头，材料、系统、应用等关键环节的企业组建产业联盟，联手打造超导产业链。这种环境，使得上海成为国内唯一拥有完整超导电缆产业链的城市——保证了示范项目哪怕在疫情之下，都没有受到太大影响。
“就在这个办公室，我们和两家超导原材料公司反复讨论甚至争吵超导材料应用及测试的细节。”张喜泽透露。2015年-2020年，上海国际超导研究团队和超导材料公司花了5年时间进行优化，将实验室的超导材料应用到了产品上。
超导电缆工艺车间
应用牵引产业
我国有望实现“弯道超车”
应用牵引产业是上海超导技术最终形成战斗力的关键。
在此次示范线建设之前，上海已经支持在宝钢建设了一条50米的超导输电线，既对超导材料和电缆技术进行了验证，也搜集到了不少关键的运行数据。而后，国网上海市电力公司拿出市中心的骨干电网，帮助超导技术和产业落地。
“电网对我们的支持非常重要，前提是2013年我们做的宝钢超导电缆示范工作，有了2013年-2016年3年的运行数据。其次是2008年到2018年的中试，我们收集了大量实验数据。”张喜泽说。研究团队曾对超导电缆进行了各种标准环境和极限情况进行测试，如雷电冲击、冷热循环、超导接头长期应力、制冷系统故障等。
电力部门从需求侧出发，为研发指明了方向，使得他们能够更精准的将资源聚焦于重点，而且坚定了各方对产业的信心。
示范线推进以来，上海高温超导带材的产能、性能、质量都有了突飞猛进的提升，企业也得到了更多投资方的关注，经营管理水平和抗风险能力显著提升。
2020年，在上海市委市政府的关心下，上海电缆研究所对超导团队完成“混改”，引入奥盛集团、国网上海市电力公司、上海电气输配电集团有限公司等产业链上核心单位，共同组建了如今的上海国际超导科技有限公司。
上海市经信委相关负责人指出，示范工程建成后，将全面系统验证自主高温超导技术，并为进一步拓展应用积累经验。目前，上海正计划依托长三角，筹建高温超导制造业创新中心。未来，随着材料、装备等的发展，上海将“解锁”更多高温超导的应用，打造高温超导产业高地。
2020年3月31日，上海国际超导混改签约
当前，全球范围内较长距离高温超导电缆的研究开发方兴未艾，高温超导电缆的实用化、商用化进程正在加速，已有多组长距离高温超导电缆并入实际电网运行，主要集中在美国、日本、韩国、德国。目前已投运的最长高温超导电缆位于德国及韩国，全长约为1公里。
随着全球越来越关注高温超导输电技术的发展，多国正在计划开展超导电缆大规模商业化应用。如美国AMSC已经正式启动将三大电网实现完全互联和可再生能源发电并网的“Tres Amigas超级变电站”项目，采用高压直流超导输电技术实现电网互联。韩国正在推动现有电力传输网采用高温超导电缆的进程，预计在未来五年内将实现50km高温超导电缆在实际商业电网中的使用和服务。
德国计划在“十四五”推进一项名称为“Super Link”的超导电缆工程项目，探索12公里长超导电缆工程建设的可行性。此外，日本、荷兰、丹麦等国家也正在积极运筹本国的超导电缆规划，构建超导电缆输电网络。
在张喜泽看来，我国有望在超导电缆领域实现“弯道超车”。“20世纪80年代高温超导材料被发现，国际上的超导电缆研究于上世纪90年代末期起步，中国在2000年起步，基本与国际保持同步，这相比传统电缆领域，差距小很多。这是一个前沿的研究领域，超导电缆也是一个全新的产品，我们的机会比较大。”
我国自“九五”以来即开展高温超导电缆的研究，先后研制出多条不同长度和电流的高温超导电缆并投入实际工程运用，为我国高温超导电缆设计、制造和运行积累了重要经验。
2013年，上海电缆研究所牵头建成的国内首套50米，35kV、低温绝缘高温超导电缆在宝山钢铁股份有限公司挂网运行，标志着我国在实用低温绝缘高温超导电缆技术中获得重大突破，成为国际上少数成功建设低温绝缘高温超导电缆示范工程的国家。
2021年9月南方电网在深圳完成400米超导电缆的挂网运行；天津富通百米级二代超导示范线也已挂网运行；江苏省电力公司拟在同里小镇建设直流超导电缆线路等。
两大超导产业联盟
高温超导电缆会
彻底颠覆传统电网吗
张喜泽透露，现在超导电缆技术在不断更新， “3-5公里长的超导电缆线路已经有很大的应用前景了，可以在城市输电实现一定的规模化。”
但是，他认为超导输电线路的大面积规模化短期内“可能不现实”。“我们不指望超导电缆把所有常规电缆换掉，因为国家已经有了非常完善的常规电缆系统和运维体系，大面积更换需要耗费大量人力、物力。但是在一些城市地下空间和土地紧张的新建、改建的地方，可以使用超导电缆。”
随着上海国网电力示范工程的试点应用，高温超导输电有望在上海新型电网建设上率先实现产业化推广。
张喜泽指出，在城市电网改造和电力扩容方面，可以发挥高温超导电缆载流量大、体积小的优势；在人口密集区电力设施建设方面，可以发挥高温超导输电没有电磁辐射、系统可靠性高、节能环保等优势，缓解群众对变电站、变压器、输变电线路等电力基础设施的抵触心理，降低工程时间成本和实施难度。以高温超导电缆为主要输电网架的超安全电网，将改变或提升变电、配电等领域的“生态”，促进相关技术的发展。
据悉，上海国际超导的高温超导电缆已入围今年中国国际工业博览会大奖18强。大奖揭晓之前，将进一步报道。
超导电缆，电力传输的“高速公路”
超导体是一种在特定温度下电阻转变为零的特殊材料，而超导电缆就是使用超导体代替常规的铜铝导体制成电力电缆。
铜铝导体、超导体、高温超导体有什么区别？
铜铝导体——
过去城市电力主要依赖电缆内部的铜铝导体传输，但是铜铝导体有电阻，会在传输电能时发热，导致大量电能损耗，制约传输能量的进一步提升。
超导体——
超导电缆利用超导材料的超导特性，使电力传输介质接近于零电阻，电能传输损耗接近于零，从而实现同电压等级的大容量输电。
高温超导体——
1911年，荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯发现了超导体，其临界转变温度接近绝对零度（-273摄氏度），后来科学家相继发现了多种临界温度突破液氮温区（77K，-196摄氏度）的超导体，学术界把这类称为高温超导体。因为相比绝对零度高出70℃左右，故称“高温”。
高温超导输电技术的应用广泛，被誉为下一代电力传输战略性技术，具有线损低、传输容量大、走廊占地小、环境友好等优点。