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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(dǎo)電纜，經(jīng)過(guò)2年建設(shè)，已經(jīng)進(jìn)入最后沖刺。2021年11月1日，據(jù)權(quán)威部門介紹，目前上海超導(dǎo)示范線的項(xiàng)目進(jìn)度符合預(yù)期，預(yù)計(jì)今年年內(nèi)可掛網(wǎng)送電。

上海公里級(jí)超導(dǎo)電纜示范工程進(jìn)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(shè)、驗(yàn)證的線路，將系統(tǒng)驗(yàn)證高溫超導(dǎo)電纜的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性，對(duì)高溫超導(dǎo)輸電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化具有重要意義，不僅將推動(dòng)在上海和長(zhǎng)三角打造高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)高地，也將大大增強(qiáng)我國(guó)在全球超導(dǎo)領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)和影響力。

如果將超導(dǎo)材料制成的電纜置于足夠的低溫中，它就能傳輸強(qiáng)大電流，同時(shí)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(shè)走廊費(fèi)用、架空導(dǎo)線入地、縱橫交錯(cuò)的各種地下管網(wǎng)、群眾關(guān)心的電磁污染等問(wèn)題，都是電網(wǎng)公司面臨的難題。同時(shí)，不斷增長(zhǎng)的高負(fù)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(shí)，也制約了電網(wǎng)的發(fā)展。

對(duì)于如上所述的難題，高溫超導(dǎo)電纜可提供比較好的解決方案：高溫超導(dǎo)電纜具有損耗低、容量大、體積小、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。

在長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)、電壓、電流等許多指標(biāo)上，上海即將建成的這條超導(dǎo)示范輸電線，都穩(wěn)居世界領(lǐng)先水平。

這是全球第一條用于超大城市的“公里級(jí)”超導(dǎo)電纜，由3根400米長(zhǎng)的電纜連接而成，總長(zhǎng)度達(dá)1.2公里，連接了上海西南部的兩座變電站。在35千伏的設(shè)計(jì)電壓下，一根超導(dǎo)電纜，就能輸送超過(guò)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(guó)際超導(dǎo)數(shù)據(jù)中心

從2000年到2021年，上海花了21年時(shí)間，基本打通了超導(dǎo)電纜從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)的通道。

“國(guó)際上目前建有1公里的超導(dǎo)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(shí)現(xiàn)。”奧盛集團(tuán)上海國(guó)際超導(dǎo)科技有限公司高級(jí)工程師、副總經(jīng)理張喜澤介紹道。

上海超導(dǎo)研發(fā)的超導(dǎo)電纜結(jié)構(gòu)有些類似“三色圓珠筆”——外層的套管（相當(dāng)于“筆身”）之中，包裹著三股相互絕緣超導(dǎo)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(dǎo)帶材包裹著，由于這類超導(dǎo)材料需要在零下196℃左右才能表現(xiàn)出超導(dǎo)特性，因此運(yùn)行時(shí)，“三色圓珠筆”里將充滿液氮，給線纜降溫。

“三色筆”式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由上海獨(dú)創(chuàng)。和國(guó)際通行的方案相比，這種方案安全性更高，壽命更長(zhǎng)，更適合超大城市電網(wǎng)的“實(shí)戰(zhàn)”需求。

為了將技術(shù)從藍(lán)圖變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，參與的各方付出了巨大努力。以絕熱套管為例，內(nèi)外超過(guò)200℃的溫差，加上數(shù)萬(wàn)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(dǎo)電纜能穩(wěn)定地服務(wù)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(qiáng)度方面的難題，就已經(jīng)相當(dāng)不易。

張喜澤表示，每段超導(dǎo)電纜外層這幾百米長(zhǎng)的套管，都是一次性加工而成。這種高質(zhì)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(dú)創(chuàng)的。實(shí)際上，這條超導(dǎo)線路背后的技術(shù)和裝備，幾乎都是上海自主研制的，因?yàn)閲?guó)內(nèi)企業(yè)根本沒(méi)有現(xiàn)成技術(shù)，而國(guó)外企業(yè)也不會(huì)銷售核心技術(shù)的專利。

整體上，托起這條1.2公里超導(dǎo)示范線的核心技術(shù)，從最關(guān)鍵的超導(dǎo)材料，到電纜結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵部件，再到頂管敷設(shè)，都是上海自主創(chuàng)新的成果。

可以說(shuō)，上海已經(jīng)基本打通了超導(dǎo)電纜從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)的通道。

2010年國(guó)內(nèi)首根冷絕緣超導(dǎo)電纜通過(guò)型式試驗(yàn)

20年前，上海在超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)方面剛剛起步。

張喜澤回憶，當(dāng)年，他們?cè)�希望通過(guò)“引進(jìn)消化再創(chuàng)新”的方式，在超導(dǎo)電纜產(chǎn)業(yè)中謀求一席之地。但和國(guó)外超導(dǎo)領(lǐng)軍企業(yè)聯(lián)系后發(fā)現(xiàn)，對(duì)方不僅不賣核心技術(shù)、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(guó)外購(gòu)買了一批超導(dǎo)材料進(jìn)行研究。

與海外公司合作遇阻后，上海國(guó)際超導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì)明白，要突破超導(dǎo)電纜核心技術(shù)，只能依靠自己。

張喜澤2003年進(jìn)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(lǐng)下，進(jìn)行超導(dǎo)電纜的研究�！拔覀儚漠a(chǎn)品的原材料開(kāi)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(lái)的。有了設(shè)備再把產(chǎn)品設(shè)計(jì)制作出來(lái)。除了裝備和產(chǎn)品之外，還要測(cè)試。市面上沒(méi)有測(cè)試裝置，所以我們同期開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的測(cè)試裝置和測(cè)試方法，現(xiàn)在已經(jīng)做到了標(biāo)準(zhǔn)化�！�

據(jù)其介紹，上海電纜研究所對(duì)超導(dǎo)電纜的研究經(jīng)歷了基礎(chǔ)研究、科研研究過(guò)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(wèn)題。

該研究團(tuán)隊(duì)成為國(guó)內(nèi)第一個(gè)全面掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超導(dǎo)電纜系統(tǒng)完整的設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的團(tuán)隊(duì)，2007年完成了中國(guó)首套超導(dǎo)電纜生產(chǎn)裝備的開(kāi)發(fā)；2010年自主開(kāi)發(fā)完成國(guó)內(nèi)首套超導(dǎo)電纜系統(tǒng)、相關(guān)測(cè)試和制造裝備。

2013年，依托寶鋼公司建成了50米長(zhǎng)、35千伏的高溫超導(dǎo)電纜系統(tǒng)示范工程，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行達(dá)三年以上，其運(yùn)行載流量和最大瞬時(shí)負(fù)荷電流達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

2018年，該團(tuán)隊(duì)核心人員注冊(cè)成立了上海國(guó)際超導(dǎo)科技有限公司。2019年，公司承擔(dān)了上海市戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目“國(guó)產(chǎn)化公里級(jí)超導(dǎo)電纜示范工程”的建設(shè)，這也是全球范圍內(nèi)首次在超大城市的腹地引入超導(dǎo)電纜。

寶鋼示范工程穩(wěn)定運(yùn)行三年

“我們是一個(gè)系統(tǒng)。”張喜澤強(qiáng)調(diào)，“沒(méi)有政府的支持和上下游的合作伙伴，沒(méi)有超導(dǎo)聯(lián)盟，我們就無(wú)法成功。”因此，上海國(guó)際超導(dǎo)公司的定位也是一家超導(dǎo)電纜系統(tǒng)的總集成設(shè)計(jì)單位。

過(guò)去20年，上海已經(jīng)在超導(dǎo)領(lǐng)域形成了一套以市場(chǎng)為主、政府支持、圍繞產(chǎn)業(yè)鏈布局創(chuàng)新鏈的機(jī)制與生態(tài)。這套機(jī)制成功地整合了各方資源，激發(fā)了市場(chǎng)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(dǎo)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟，希望以超導(dǎo)電纜未來(lái)巨大的市場(chǎng)牽引力帶動(dòng)超導(dǎo)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(dǎo)、上創(chuàng)超導(dǎo)、中科院微系統(tǒng)所、中科院技術(shù)物理所、聯(lián)影、辰光、以及電力用戶國(guó)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(wú)論研發(fā)遭遇什么阻礙，都以極強(qiáng)的戰(zhàn)略定力，持續(xù)多年通過(guò)重大項(xiàng)目為團(tuán)隊(duì)提供支持，幫助超導(dǎo)研發(fā)一步步解決技術(shù)難題，度過(guò)經(jīng)營(yíng)難關(guān)。

同時(shí)，上海非常重視發(fā)揮市場(chǎng)機(jī)制的拉動(dòng)，一方面支持高校團(tuán)隊(duì)“走出校園”創(chuàng)業(yè)，在企業(yè)平臺(tái)上繼續(xù)打磨技術(shù)；同時(shí)，通過(guò)政府牽頭，材料、系統(tǒng)、應(yīng)用等關(guān)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(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈。這種環(huán)境，使得上海成為國(guó)內(nèi)唯一擁有完整超導(dǎo)電纜產(chǎn)業(yè)鏈的城市——保證了示范項(xiàng)目哪怕在疫情之下，都沒(méi)有受到太大影響。

“就在這個(gè)辦公室，我們和兩家超導(dǎo)原材料公司反復(fù)討論甚至爭(zhēng)吵超導(dǎo)材料應(yīng)用及測(cè)試的細(xì)節(jié)。”張喜澤透露。2015年-2020年，上海國(guó)際超導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì)和超導(dǎo)材料公司花了5年時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，將實(shí)驗(yàn)室的超導(dǎo)材料應(yīng)用到了產(chǎn)品上。

超導(dǎo)電纜工藝車間

應(yīng)用牽引產(chǎn)業(yè)是上海超導(dǎo)技術(shù)最終形成戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵。

在此次示范線建設(shè)之前，上海已經(jīng)支持在寶鋼建設(shè)了一條50米的超導(dǎo)輸電線，既對(duì)超導(dǎo)材料和電纜技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證，也搜集到了不少關(guān)鍵的運(yùn)行數(shù)據(jù)。而后，國(guó)網(wǎng)上海市電力公司拿出市中心的骨干電網(wǎng)，幫助超導(dǎo)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)落地。

“電網(wǎng)對(duì)我們的支持非常重要，前提是2013年我們做的寶鋼超導(dǎo)電纜示范工作，有了2013年-2016年3年的運(yùn)行數(shù)據(jù)。其次是2008年到2018年的中試，我們收集了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。”張喜澤說(shuō)。研究團(tuán)隊(duì)曾對(duì)超導(dǎo)電纜進(jìn)行了各種標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境和極限情況進(jìn)行測(cè)試，如雷電沖擊、冷熱循環(huán)、超導(dǎo)接頭長(zhǎng)期應(yīng)力、制冷系統(tǒng)故障等。

電力部門從需求側(cè)出發(fā)，為研發(fā)指明了方向，使得他們能夠更精準(zhǔn)的將資源聚焦于重點(diǎn)，而且堅(jiān)定了各方對(duì)產(chǎn)業(yè)的信心。

示范線推進(jìn)以來(lái)，上海高溫超導(dǎo)帶材的產(chǎn)能、性能、質(zhì)量都有了突飛猛進(jìn)的提升，企業(yè)也得到了更多投資方的關(guān)注，經(jīng)營(yíng)管理水平和抗風(fēng)險(xiǎn)能力顯著提升。

2020年，在上海市委市政府的關(guān)心下，上海電纜研究所對(duì)超導(dǎo)團(tuán)隊(duì)完成“混改”，引入奧盛集團(tuán)、國(guó)網(wǎng)上海市電力公司、上海電氣輸配電集團(tuán)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(guó)際超導(dǎo)科技有限公司。

上海市經(jīng)信委相關(guān)負(fù)責(zé)人指出，示范工程建成后，將全面系統(tǒng)驗(yàn)證自主高溫超導(dǎo)技術(shù)，并為進(jìn)一步拓展應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。目前，上海正計(jì)劃依托長(zhǎng)三角，籌建高溫超導(dǎo)制造業(yè)創(chuàng)新中心。未來(lái)，隨著材料、裝備等的發(fā)展，上海將“解鎖”更多高溫超導(dǎo)的應(yīng)用，打造高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)高地。

2020年3月31日，上海國(guó)際超導(dǎo)混改簽約

當(dāng)前，全球范圍內(nèi)較長(zhǎng)距離高溫超導(dǎo)電纜的研究開(kāi)發(fā)方興未艾，高溫超導(dǎo)電纜的實(shí)用化、商用化進(jìn)程正在加速，已有多組長(zhǎng)距離高溫超導(dǎo)電纜并入實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行，主要集中在美國(guó)、日本、韓國(guó)、德國(guó)。目前已投運(yùn)的最長(zhǎng)高溫超導(dǎo)電纜位于德國(guó)及韓國(guó)，全長(zhǎng)約為1公里。

隨著全球越來(lái)越關(guān)注高溫超導(dǎo)輸電技術(shù)的發(fā)展，多國(guó)正在計(jì)劃開(kāi)展超導(dǎo)電纜大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。如美國(guó)AMSC已經(jīng)正式啟動(dòng)將三大電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)完全互聯(lián)和可再生能源發(fā)電并網(wǎng)的“Tres Amigas超級(jí)變電站”項(xiàng)目，采用高壓直流超導(dǎo)輸電技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)互聯(lián)。韓國(guó)正在推動(dòng)現(xiàn)有電力傳輸網(wǎng)采用高溫超導(dǎo)電纜的進(jìn)程，預(yù)計(jì)在未來(lái)五年內(nèi)將實(shí)現(xiàn)50km高溫超導(dǎo)電纜在實(shí)際商業(yè)電網(wǎng)中的使用和服務(wù)。

德國(guó)計(jì)劃在“十四五”推進(jìn)一項(xiàng)名稱為“Super Link”的超導(dǎo)電纜工程項(xiàng)目，探索12公里長(zhǎng)超導(dǎo)電纜工程建設(shè)的可行性。此外，日本、荷蘭、丹麥等國(guó)家也正在積極運(yùn)籌本國(guó)的超導(dǎo)電纜規(guī)劃，構(gòu)建超導(dǎo)電纜輸電網(wǎng)絡(luò)。

在張喜澤看來(lái)，我國(guó)有望在超導(dǎo)電纜領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“彎道超車”。“20世紀(jì)80年代高溫超導(dǎo)材料被發(fā)現(xiàn)，國(guó)際上的超導(dǎo)電纜研究于上世紀(jì)90年代末期起步，中國(guó)在2000年起步，基本與國(guó)際保持同步，這相比傳統(tǒng)電纜領(lǐng)域，差距小很多。這是一個(gè)前沿的研究領(lǐng)域，超導(dǎo)電纜也是一個(gè)全新的產(chǎn)品，我們的機(jī)會(huì)比較大�！�

我國(guó)自“九五”以來(lái)即開(kāi)展高溫超導(dǎo)電纜的研究，先后研制出多條不同長(zhǎng)度和電流的高溫超導(dǎo)電纜并投入實(shí)際工程運(yùn)用，為我國(guó)高溫超導(dǎo)電纜設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行積累了重要經(jīng)驗(yàn)。

2013年，上海電纜研究所牽頭建成的國(guó)內(nèi)首套50米，35kV、低溫絕緣高溫超導(dǎo)電纜在寶山鋼鐵股份有限公司掛網(wǎng)運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)在實(shí)用低溫絕緣高溫超導(dǎo)電纜技術(shù)中獲得重大突破，成為國(guó)際上少數(shù)成功建設(shè)低溫絕緣高溫超導(dǎo)電纜示范工程的國(guó)家。

2021年9月南方電網(wǎng)在深圳完成400米超導(dǎo)電纜的掛網(wǎng)運(yùn)行；天津富通百米級(jí)二代超導(dǎo)示范線也已掛網(wǎng)運(yùn)行；江蘇省電力公司擬在同里小鎮(zhèn)建設(shè)直流超導(dǎo)電纜線路等。

兩大超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

張喜澤透露，現(xiàn)在超導(dǎo)電纜技術(shù)在不斷更新， “3-5公里長(zhǎng)的超導(dǎo)電纜線路已經(jīng)有很大的應(yīng)用前景了，可以在城市輸電實(shí)現(xiàn)一定的規(guī)�；��！�

但是，他認(rèn)為超導(dǎo)輸電線路的大面積規(guī)�；�短期內(nèi)“可能不現(xiàn)實(shí)”�！拔覀儾恢竿�超導(dǎo)電纜把所有常規(guī)電纜換掉，因?yàn)閲?guó)家已經(jīng)有了非常完善的常規(guī)電纜系統(tǒng)和運(yùn)維體系，大面積更換需要耗費(fèi)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(dǎo)電纜�！�

隨著上海國(guó)網(wǎng)電力示范工程的試點(diǎn)應(yīng)用，高溫超導(dǎo)輸電有望在上海新型電網(wǎng)建設(shè)上率先實(shí)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(kuò)容方面，可以發(fā)揮高溫超導(dǎo)電纜載流量大、體積小的優(yōu)勢(shì)；在人口密集區(qū)電力設(shè)施建設(shè)方面，可以發(fā)揮高溫超導(dǎo)輸電沒(méi)有電磁輻射、系統(tǒng)可靠性高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，緩解群眾對(duì)變電站、變壓器、輸變電線路等電力基礎(chǔ)設(shè)施的抵觸心理，降低工程時(shí)間成本和實(shí)施難度。以高溫超導(dǎo)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(lǐng)域的“生態(tài)”，促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

據(jù)悉，上海國(guó)際超導(dǎo)的高溫超導(dǎo)電纜已入圍今年中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)大獎(jiǎng)18強(qiáng)。大獎(jiǎng)揭曉之前，將進(jìn)一步報(bào)道。