上海超導電纜即將掛網送電，會徹底顛覆傳統電網嗎？

原標題：【特寫】上海超導電纜即將掛網送電，會徹底顛覆傳統電網嗎？

全球第一條撐起超大城市骨幹電網的高溫超導電纜，經過2年建設，已經進入最後衝刺。2021年11月1日，記者從權威部門獲悉，目前，上海超導示範線的項目進度符合預期，預計今年年內可掛網送電。

這條完全由上海企業和科研人員自主研發、製造、敷設、驗證的線路，將系統驗證高溫超導電纜的技術經濟可行性，對高溫超導輸電技術的產業化具有重要意義，不僅將推動在上海和長三角打造高溫超導產業高地，也將大大增強我國在全球超導領域的話語權和影響力。

什麼是超導電纜？

如果將超導材料製成的電纜置於足夠的低溫中，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、羣衆關心的電磁污染等問題，都是電網公司面臨的難題。同時，不斷增長的高負荷電力需求與常規電纜的耐受絕緣電壓近乎到了其極限的現實，也制約了電網的發展。

對於如上所述的難題，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範輸電線，都穩居世界領先水平。

這是全球第一根用於超大城市的“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根傳統電纜。而且，它能兼容現有的輸變電體系。

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。”奧盛集團上海國際超導科技有限公司高級工程師、副總經理張喜澤介紹道。

上海超導研發的超導電纜結構有些類似“三色圓珠筆”——外層的套管（相當於“筆身”）之中，包裹着三股相互絕緣超導線纜，彷彿三根“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，外層被形如被寬麪條的超導帶材包裹着，由於這類超導材料需要在零下196℃左右才能表現出超導特性，因此運行時，“三色圓珠筆”裏將充滿液氮，給線纜降溫。

“三色筆”式的結構設計由上海獨創。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的“實戰”需求。

爲了將技術從藍圖變爲現實，參與的各方付出了巨大努力。以絕熱套管爲例，內外超過200℃的溫差，加上數萬伏的高壓、數千安培的電流——不難想象，爲了保證確保這條超導電纜能穩定地服務於上海中心城區，單單是解決線纜套管在絕熱、絕緣、密封和強度方面的難題，就已經相當不易。

張喜澤告訴記者，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加工工藝，就是此次研發中由上海企業獨創的。實際上，這條超導線路背後的技術和裝備，幾乎都是上海自主研製的，因爲國內企業根本沒有現成技術，而國外企業也不會銷售核心技術的專利。

整體上，托起這條1.2公里超導示範線的核心技術，從最關鍵的超導材料，到電纜結構、關鍵部件，再到頂管敷設，都是上海自主創新的成果。

可以說，上海已經基本打通了超導電纜從實驗室到市場的通道。

20年前，上海在超導產業方面剛剛起步。

張喜澤回憶，當年，他們曾希望通過“引進消化再創新”的方式，在超導電纜產業中謀求一席之地。但和國外超導領軍企業聯繫後發現，對方不僅不賣核心技術、不賣核心裝備，甚至連材料也不太願意賣。2006-2007年左右，他們終於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後，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。“我們從產品的原材料開始研究，所有核心的生產裝備都是自己畫圖，在金工車間做出來的。有了設備再把產品設計製作出來。除了裝備和產品之外，還要測試。市面上沒有測試裝置，所以我們同期開發了相應的測試裝置和測試方法，現在已經做到了標準化。”

據其介紹，上海電纜研究所對超導電纜的研究經歷了基礎研究、科研研究過程，中間還做了10年左右的中試研究，以解決產品的可靠性、安全性問題。

該研究團隊成爲國內第一個全面掌握自主知識產權的超導電纜系統完整的設計及製造技術的團隊，2007年完成了中國首套超導電纜生產裝備的開發；2010年自主開發完成國內首套超導電纜系統、相關測試和製造裝備。

2013年，依託寶鋼公司建成了50米長、35千伏的高溫超導電纜系統示範工程，連續穩定運行達三年以上，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，該團隊核心人員註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略新興產業項目“國產化公里級超導電纜示範工程”的建設，這也是全球範圍內首次在超大城市的腹地引入超導電纜。

“我們是一個系統。”張喜澤強調，“沒有政府的支持和上下游的合作伙伴，沒有超導聯盟，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的總集成設計單位。

過去20年，上海已經在超導領域形成了一套以市場爲主、政府支持、圍繞產業鏈佈局創新鏈的機制與生態。這套機制成功地整合了各方資源，激發了市場活力。

2008年，上海市科委以上海電纜研究所爲牽頭單位，組建了上海市超導產業戰略聯盟，希望以超導電纜未來巨大的市場牽引力帶動超導材料、低溫製冷等上下游產業鏈的協同發展，聯盟參與單位包括上海超導、上創超導、中科院微系統所、中科院技術物理所、聯影、辰光、以及電力用戶國網上海市電力公司等。

上海政府部門牽頭，由市科委、市經信委等形成接力，無論研發遭遇什麼阻礙，都以極強的戰略定力，持續多年通過重大項目爲團隊提供支持，幫助超導研發一步步解決技術難題，度過經營難關。

同時，上海非常重視發揮市場機制的拉動，一方面支持高校團隊“走出校園”創業，在企業平臺上繼續打磨技術；同時，通過政府牽頭，材料、系統、應用等關鍵環節的企業組建產業聯盟，聯手打造超導產業鏈。這種環境，使得上海成爲國內唯一擁有完整超導電纜產業鏈的城市——保證了示範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覆討論甚至爭吵超導材料應用及測試的細節。”張喜澤透露。2015年-2020年，上海國際超導研究團隊和超導材料公司花了5年時間進行優化，將實驗室的超導材料應用到了產品上。

應用牽引產業是上海超導技術最終形成戰鬥力的關鍵。

在此次示範線建設之前，上海已經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，也蒐集到了不少關鍵的運行數據。而後，國網上海市電力公司拿出市中心的骨幹電網，幫助超導技術和產業落地。

“電網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範工作，有了2013年-2016年3年的運行數據。其次是2008年到2018年的中試，我們收集了大量實驗數據。”張喜澤說。研究團隊曾對超導電纜進行了各種標準環境和極限情況進行測試，如雷電衝擊、冷熱循環、超導接頭長期應力、製冷系統故障等。

電力部門從需求側出發，爲研發指明瞭方向，使得他們能夠更精準的將資源聚焦於重點，而且堅定了各方對產業的信心。

示範線推進以來，上海高溫超導帶材的產能、性能、質量都有了突飛猛進的提升，企業也得到了更多投資方的關注，經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、國網上海市電力公司、上海電氣輸配電集團有限公司等產業鏈上核心單位，共同組建瞭如今的上海國際超導科技有限公司。

上海市經信委相關負責人告訴記者，示範工程建成後，將全面系統驗證自主高溫超導技術，併爲進一步拓展應用積累經驗。目前，上海正計劃依託長三角，籌建高溫超導製造業創新中心。未來，隨着材料、裝備等的發展，上海將“解鎖”更多高溫超導的應用，打造高溫超導產業高地。

當前，全球範圍內較長距離高溫超導電纜的研究開發方興未艾，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併入實際電網運行，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於德國及韓國，全長約爲1公里。

隨着全球越來越關注高溫超導輸電技術的發展，多國正在計劃開展超導電纜大規模商業化應用。如美國AMSC已經正式啓動將三大電網實現完全互聯和可再生能源發電併網的“Tres Amigas超級變電站”項目，採用高壓直流超導輸電技術實現電網互聯。韓國正在推動現有電力傳輸網採用高溫超導電纜的進程，預計在未來五年內將實現50km高溫超導電纜在實際商業電網中的使用和服務。

德國計劃在“十四五”推進一項名稱爲“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劃，構建超導電纜輸電網絡。

在張喜澤看來，我國有望在超導電纜領域實現“彎道超車”。“20世紀80年代高溫超導材料被發現，國際上的超導電纜研究於上世紀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，先後研製出多條不同長度和電流的高溫超導電纜並投入實際工程運用，爲我國高溫超導電纜設計、製造和運行積累了重要經驗。

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運行，標誌着我國在實用低溫絕緣高溫超導電纜技術中獲得重大突破，成爲國際上少數成功建設低溫絕緣高溫超導電纜示範工程的國家。

2021年9月南方電網在深圳完成400米超導電纜的掛網運行；天津富通百米級二代超導示範線也已掛網運行；江蘇省電力公司擬在同裏小鎮建設直流超導電纜線路等。

兩大超導產業聯盟。攝影：劉素楠

那麼，高溫超導電纜會徹底顛覆傳統電網嗎？

張喜澤透露，現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有很大的應用前景了，可以在城市輸電實現一定的規模化。”

但是，他認爲超導輸電線路的大面積規模化短期內“可能不現實”。“我們不指望超導電纜把所有常規電纜換掉，因爲國家已經有了非常完善的常規電纜系統和運維體系，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。”

隨着上海國網電力示範工程的試點應用，高溫超導輸電有望在上海新型電網建設上率先實現產業化推廣。

張喜澤指出，在城市電網改造和電力擴容方面，可以發揮高溫超導電纜載流量大、體積小的優勢；在人口密集區電力設施建設方面，可以發揮高溫超導輸電沒有電磁輻射、系統可靠性高、節能環保等優勢，緩解羣衆對變電站、變壓器、輸變電線路等電力基礎設施的牴觸心理，降低工程時間成本和實施難度。以高溫超導電纜爲主要輸電網架的超安全電網，將改變或提升變電、配電等領域的“生態”，促進相關技術的發展。

界面新聞記者獲悉，上海國際超導的高溫超導電纜已入圍今年中國國際工業博覽會大獎18強。大獎揭曉之前，界面新聞將陸續走進入圍企業，帶來最新報道。