 炎炎夏日用电攀上顶峰 全球首条（上海）超公里级35千伏 高温超导电缆正经受送电高峰考验 一根超导电缆能抵4到10根传统电缆 输送超过2000安培的大电流！  低温世界的超导奇迹 为何高温超导输电如此高效？回答这个问题前，首先要解释下什么是超导现象以及超导输电。 1911年，荷兰科学家H·卡茂林·昂内斯发现，当汞处于4.2K（约为零下269℃）的低温环境中，就会突然进入一种电阻几乎消失的状态。这就是超导现象。而昂内斯也因为他的这一发现获得了1913年诺贝尔物理学奖。  昂内斯（左一）在自己建立的低温研究中心 ——莱顿实验室的液态氦前。 超导输电其实就是无损输电。常规电缆输电时，由于电阻生热都会有所损耗，如输送1000万千瓦电力的损失可能达到一座100万千瓦发电站的发电量，如果能通过给输电线降温使其达到超导状态，就能将电阻几乎变为零，从而实现无损输电，大大提升输电效率。  输电损耗主要是电线电阻使电能转化成热能而引起。如果对输电电线进行冷却使其处于超导状态，电阻几乎为零，就可以使损耗接近于零。 但超导电缆并非轻而易举就能实现。它的关键在于电缆芯，必须是由一种特殊的材料——超导材料制成。这也是俗称的超导体。 自昂内斯发现超导现象后，科学家们就开始了探索高温超导体的历程。但这里的“高温”并不是我们生活中所说的和天气相关的日常“高温”，它只是一个相对概念。可以说，伴随“超导”的是一个特定温度，尽管随着科学家的不断发现，这个温度一直在提高，但其绝对值依然是很低的： 1973年，科学家发现超导的铌锗合金，其临界超导温度为23.2K（零下249.95 摄氏度）； 1986年，科学家发现一种陶瓷性金属氧化物具有高温超导性，临界温度可达35K（零下238.15 摄氏度）； 1988年，科学家发现汞系超导材料的临界温度达135K（零下138.15 摄氏度），高压条件下其临界温度将能达到164K（零下109.15 摄氏度）； 2015年，科学家发现硫化氢在极高压下在203K （零下70.15 摄氏度）的温度下会发生超导相变，这一发现已经是当时已知最高温度的超导体。 2020年，科学家发现一种能在15摄氏度下无电阻导电的氢化物材料，即室温超导体。 不过，临界温度较高的超导体还处于实验室阶段。目前，实现应用的超导材料主要有两种，一种是工作条件为液氦温区，零下269℃的低温超导材料；另一种是工作温度为液氮温区，即零下196℃的高温超导材料。  各国加速布局 高温超导输电商业化 相比于低温超导输电，高温超导输电有着天然的优势。 一方面，高温超导能在液氮温区下零下196摄氏度（77K）就实现零电阻，且液氮成本是液氦的百分之一，实现低温环境的成本较之低温超导大大降低。 另一方面，高温超导输电更易于产业化推广。载流量大、体积小，使它更适用于城市电网改造和电力扩容；没有电磁辐射、系统可靠性高、节能环保的特性，又能缓解人口密集区群众对变电站、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。  一言以蔽之，高温超导输电比低温超导输电的市场空间要广阔得多。 也正因为此，从上世纪90年末开始，全球就越来越关注高温超导输电技术的发展，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、德国和中国。 世界各国也正在计划开展高温超导电缆大规模商业化应用。 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。 日本昭和电线控股将在2023-2024年度寻找合作企业在工厂引入超导电缆，并力争2026年度将超导输电商业化。 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。 德国计划推进一项名为“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，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。  浦东企业助力 中国超导输电应用领跑全球 不同于在传统电缆领域远远落后发达国家，我国在高温超导这个前沿领域基本与国际保持同步，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30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。 上海宝钢超导示范工程 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。 还是2021年，12月22日，世界首条35千伏公里级超导电缆示范工程在上海正式投运，开创了公里级超导电缆在全球城市核心区域的应用先例。该工程位于徐汇商业核心区，联结两座220千伏变电站，总长1.2公里，额定电流2200安培，额定容量133兆伏安，采用全程排管敷设工艺，是目前世界上距离最长、输送容量最大、全商业化运行的35千伏超导电缆输电工程。 更重要的是，此次示范工程在核心的材料、技术和装备上实现了完全自主知识产权，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。 从结构上来看，这条前所未有的公里级超导电缆有些类似“三色圆珠笔”——外层的套管（类似“笔身”）之中，包裹着三股相互绝缘的超导线缆，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，外层包裹着的就是高温超导带材。 因为高温超导带材需要在零下196℃左右才能表现出超导特性，所以在运行时，“三色圆珠笔”里将充满液氮，给线缆降温。 有关专家称，“三色圆珠笔”式的结构设计，和国际通行的方案相比，安全性更高，寿命更长，更适合超大城市电网的“实战”需求。 毋庸置疑，我国超导输电应用已经迈入全球领先行列。 而这背后，也有着浦东企业上海超导科技股份有限公司（以下简称“上海超导”）的一份功劳：正是它，为上述示范工程提供了最关键的核心材料——第二代高温超导带材。 成立于2011年的上海超导，是一家源于上海交大实验室的科技成果转化企业。经过10年发展，拥有每年百公里带材生产能力，成为了国内高温超导领域的领头羊。 哪怕是在全球范围内，上海超导也是名列前茅。日本高能加速器研究机构（KEK）、英国托卡马克能源公司（Tokamak Energy）、美国麻省理工等离子与聚变中心（PSFC）、新西兰罗宾逊研究所（RRI）曾经在对比测试全球主流带材的性能后，给出了惊人一致的结论：上海超导在全球16家第二代高温超导带材生产商中排在第一梯度，且性价比第一。 上海超导生产车间一角 如今，上海超导的国内市场占有率达到了80%～85%，是南方电网在带材领域进入名录的唯一供应商，且企业已与核工业集团、上海电缆所等大型客户达成了多项战略合作协议。在国际市场方面，上海超导从2018年开始进军国际市场，目前已是美国MIT-CFS、英国托卡马克能源、瑞士PSI以及德国KIT等客户的重要合作伙伴，产品行销全球，享誉世界，具有极高的国际竞争力。 文字丨沈润秋 美编丨小H |
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