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從百米級到公里級,這項技術(shù)世界領(lǐng)先

國家電網(wǎng)報發(fā)布時間:2021-12-24 16:32:57  作者:本報記者 馬佳 王靖

  徐匯區(qū),位于上海市中心城區(qū)的西南部,這里高樓與窄巷并行,商圈與民居交融,車水馬龍、人流如織,54.93平方公里內(nèi)常住人口超過110萬人。在人們看不見的地表之下,一項全新的嘗試正在進行——12月22日,世界首條35千伏公里級超導(dǎo)電纜示范工程在上海正式投運。

  示范工程位于上海市中心,連接徐匯商業(yè)核心區(qū)兩座220千伏變電站,總長1.2公里,額定電流2200安培,額定容量133兆伏安,將源源不斷的電能送往轄區(qū)內(nèi)4.6萬戶用戶。

  在這里,電力負荷密度高達2.7萬千瓦,相當于上海平均電力負荷密度的5倍。商場、居民區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校等城市樓宇密集而龐大,用電需求旺盛,與之相匹配的電力供應(yīng)十分重要。近年來,超大城市中心區(qū)地下管廊資源緊張與用電負荷攀升的矛盾越發(fā)突出。如何破題?超導(dǎo)輸電提供了一種新的思路。

  超導(dǎo)輸電,就是在零下196攝氏度的液氮環(huán)境下,利用超導(dǎo)材料的超導(dǎo)特性,使電力傳輸介質(zhì)接近于零電阻,電能傳輸損耗趨近于零,從而實現(xiàn)低電壓等級的大容量輸電。超導(dǎo)電纜具有損耗小、容量大等優(yōu)勢,它的應(yīng)用對于城市電網(wǎng)建設(shè)具有重要現(xiàn)實意義。

  這項工程是目前世界上距離最長、輸送容量最大、接頭數(shù)量最多的全商業(yè)化運行35千伏超導(dǎo)電纜輸電工程,核心技術(shù)國產(chǎn)化率達100%,開世界超大城市腹地引入超導(dǎo)電纜之先河。這標志著我國在超導(dǎo)電纜工程化應(yīng)用領(lǐng)域掌握了核心技術(shù),整體技術(shù)水平邁入全球領(lǐng)先行列。

  “此次投運的超導(dǎo)電纜由國產(chǎn)二代高溫超導(dǎo)帶材制成,相當于同電壓等級4~6回普通電纜的輸送容量,同時可以節(jié)約70%的用地空間?!眹W(wǎng)上海市電力公司總工程師謝偉介紹,超導(dǎo)電纜的應(yīng)用可以解決市中心用電負荷高漲和資源通道緊張的矛盾,為有效破解超大城市中心負荷密度高、通道資源有限、電網(wǎng)“卡脖子”現(xiàn)象等提供了新的路徑。

  超導(dǎo)輸電是前沿新材料與電力裝備相結(jié)合的新一代技術(shù),也是當今世界各國科技實力角逐的重點領(lǐng)域。據(jù)國網(wǎng)上海電力科技部副主任楊建平介紹,超導(dǎo)電纜系統(tǒng)包括超導(dǎo)電纜本體、真空絕熱系統(tǒng)、低溫制冷系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、超導(dǎo)終端及中間接頭等,是開發(fā)難度極大的多學(xué)科復(fù)雜系統(tǒng),在電纜設(shè)計與制造、通道建設(shè)、制冷系統(tǒng)、性能試驗、工程運維等多方面面臨著挑戰(zhàn)。

  由國家電網(wǎng)公司、上海電纜研究院等單位組成的聯(lián)合攻關(guān)團隊,在超導(dǎo)電纜系統(tǒng)的設(shè)計、施工、運維等環(huán)節(jié)進行系統(tǒng)研究,解決了工程落地的諸多難題。關(guān)鍵技術(shù)研究方面,項目團隊開發(fā)了國內(nèi)首套三相統(tǒng)包結(jié)構(gòu)超導(dǎo)電纜系統(tǒng),攻克了大長度絕熱管制造、大長度超導(dǎo)帶材繞包接續(xù)、大溫差終端絕緣設(shè)計等裝備制造瓶頸;工程實施層面,發(fā)明了世界首個超導(dǎo)電纜全程排管冷縮補償方法,解決了超導(dǎo)電纜大坡度、多轉(zhuǎn)角的敷設(shè)難題;運維準備層面,建立了綜合監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)電纜狀態(tài)實時監(jiān)測;標準引領(lǐng)方面,已形成14項專利和2項標準。

  超導(dǎo)電纜的成功應(yīng)用,大大增強了中國制造的信心。“此次超導(dǎo)電纜實現(xiàn)了原材料、電纜本體制作、電纜監(jiān)控系統(tǒng)等全面國產(chǎn)化,在技術(shù)上國際領(lǐng)先?!鄙虾J懈邷爻瑢?dǎo)重點實驗室主任、上海大學(xué)教授蔡傳兵說。

  目前,上海市已經(jīng)形成超導(dǎo)電纜的完整產(chǎn)業(yè)鏈,示范工程是一個新的起點?!拔磥恚覀冞€將在公里數(shù)、電壓等級上繼續(xù)探索,尋找超導(dǎo)電纜更多的應(yīng)用場景,在220千伏變電站聯(lián)絡(luò)線、分布式能源接入、大負荷用戶接入等應(yīng)用場景持續(xù)探索?!敝x偉表示。

  上海國際超導(dǎo)科技有限公司總經(jīng)理、上海電纜研究所副總工程師宗曦華提出對超導(dǎo)電纜未來的構(gòu)想:“我們將持續(xù)深化超導(dǎo)電纜性能研究,希望在超導(dǎo)電纜應(yīng)用、超導(dǎo)電力裝備等領(lǐng)域取得更多原創(chuàng)成果?!?/p>

  地表之下,超導(dǎo)電纜馭電而行,為城市中心提供充沛動能;地表之上,由超導(dǎo)電纜注入的創(chuàng)新動能蓬勃生發(fā),延伸向更遠的未來。

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