9月28日,我國首條自主研制的新型超導電纜在深圳投入使用,這也是全球首個應用于超大型城市中心區的超導電纜,標志著我國已全面掌握新型超導電纜設計、制造、建設的關鍵核心技術。

該條新型超導電纜直徑僅17.5厘米、長400米,輸電容量高達43兆伏安,相當于可同時滿足4列時速350公里高鐵的用電需求,實現以5倍于常規電纜的輸電能力,為深圳第一高樓——深圳金融中心提供高可靠供電。

作為南方電網公司的重大科技專項,該工程是深入實施創新驅動發展戰略,推進科技自立自強的有力舉措,不僅實現了關鍵裝備100%國產化,也將為全球解決超大型城市高負荷密度區域供電問題提供新方案。中國工程院院士李立浧介紹,我國研究超級導電現象已經有60多年歷史,此次將超級導電技術應用于超大城市電網屬全球首次。這一技術不僅有助于解決城市用電高負荷密度問題,還將大大節約電纜敷設用地,因此意義非凡。

高溫超導輸電技術被譽為下一代電力傳輸戰略技術,具有線損低、傳輸容量大、走廊占地小、環境友好等優點。該技術發揮超導材料的導電特,讓電力在低壓輸送過程中的損耗幾乎為零。超導電纜傳輸容量遠大于常規電纜,一條10千伏三相同軸高溫超導交流電纜的電能輸送能力比一條常規110千伏電纜還大,但輸電損耗僅是常規電纜的1/4到1/5,非常適用于高負荷密度區域供電。

年來,全球范圍內特大型城市中心區供電均面臨挑戰,城市中心區負荷需求持續增長、能耗“雙降”要求逐年增強、城市走廊飽和、電網建設用地難等問題逐年暴露。深圳是國內電力負荷密度最大的城市,其中央商務區的負荷密度更是“高峰上的高峰”,該項目“一攬子”解決了高供電可靠、高負荷密度、高電能質量、土地資源受限的現實難題。

“如果采用現有的供電手段,要給福田中心區重要負荷特別是新增負荷供好電,用常規技術實現擴容,在寸土寸金的深圳難度很大。”南方電網深圳供電局創新與數字化部總經理呂志寧介紹,而10千伏超導電纜在滿足供電需求的同時,可減少城市電網中高壓電纜的使用,簡化電網結構,減少110千伏變電站的建設,可節省500方米土地。

本次研制投產的超導電纜,采用三相同軸構型,為結構型式最緊湊、帶材用量最少、研發難度最大的超導電纜。項目攻關團隊歷經4年時間,通過自主創新,在超導電纜系統總體設計制造、國產大冷量GM制冷機研制等多項關鍵技術取得重大突破,實現關鍵裝備100%國產化,填補了國內技術空白。

超導電纜造價合理,才有可持續推廣的可能。據了解,超導帶材成本占整個超導電纜造價約50%,三相同軸超導電纜比其他構型超導電纜節省一半超導帶材成本。

此外,本次投運的超導電纜,使用能在液氮環境冷卻(相比絕對零度高出70℃左右,故稱“高溫”)下的超導體代替常規的銅鋁導體來輸電。而液氮是一種制備較簡單、價格較低廉的冷卻介質,因此高溫超導就有重要的應用價值。為解決超導電纜低溫制冷裝備“卡脖子”問題,項目團隊全國首次成功研制全國產化大冷量GM制冷機,并實現了制冷機在線“即插即用”,可讓超導電纜在零下200℃的液氮環境下長期維持高可靠運行。

筆者從南方電網公司創新管理部了解到,與常規技術相比,此次投產的高溫超導示范項目已基本上達到了經濟上的衡點,下一步,南方電網公司還將進一步加大投入力度,積極推動配網超導應用的科研和示范工程的建設。(文:劉麗黃雅熙朱婷婷冷迪)