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从百米级到公里级 从实验室到商业化

——记世界首条35千伏公里级超导电缆示范工程建设

        发布时间:2021-12-25        

  徐汇区,位于上海市中心城区的西南部,这里高楼与窄巷并行,商圈与民居交融,车水马龙、人流如织,54.93平方公里内常住人口超过110万人。在人们看不见的地表之下,一项全新的尝试正在进行——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建成投运。

从百米级到公里级 从实验室到商业化

国网上海市南供电公司运维人员开展超导电缆终端设备巡检。

  示范工程位于上海市中心,连接徐汇商业核心区两座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,将源源不断的电能送往辖区内4.6万户用户。

  在这里,电力负荷密度高达2.7万千瓦,相当于上海平均电力负荷密度的5倍。商场、居民区、医院、学校等城市楼宇密集而庞大,用电需求旺盛,与之相匹配的电力供应十分重要。近年来,超大城市中心区地下管廊资源紧张与用电负荷攀升的矛盾越发突出。如何破题?超导输电提供了一种新的思路。

  超导输电,就是在零下196摄氏度的液氮环境下,利用超导材料的超导特性,使电力传输介质接近于零电阻,电能传输损耗趋近于零,从而实现低电压等级的大容量输电。超导电缆具有损耗小、容量大等优势,它的应用对于城市电网建设具有重要现实意义。

  这项工程是目前世界上距离最长、输送容量最大、接头数量最多的全商业化运行35千伏超导电缆输电工程,核心技术国产化率达100%,开世界超大城市腹地引入超导电缆之先河。这标志着我国在超导电缆工程化应用领域掌握了核心技术,整体技术水平迈入全球领先行列。

从百米级到公里级 从实验室到商业化

35千伏超导电缆试拉试验

  “此次投运的超导电缆由国产二代超导带材制成,相当于同电压等级4~6回普通电缆的输送容量,同时可以节约70%的用地空间。”国网上海市电力公司总工程师谢伟介绍,超导电缆的应用可以解决市中心用电负荷高涨和资源通道紧张的矛盾,为有效破解超大城市中心负荷密度高、通道资源有限、电网“卡脖子”现象等提供了新的路径。

  超导输电是前沿新材料与电力装备相结合的新一代技术,也是当今世界各国科技实力角逐的重点领域。据国网上海电力科技部副主任杨建平介绍,超导电缆系统包括超导电缆本体、真空绝热系统、低温制冷系统、监控系统、超导终端及中间接头等,是开发难度极大的多学科复杂系统,在电缆设计与制造、通道建设、制冷系统、性能试验、工程运维等多方面面临着挑战。

从百米级到公里级 从实验室到商业化

国网上海电科院科研人员进行超导电缆介质谱测试。

  由国家电网公司、上海电缆研究院等单位组成的联合攻关团队,在超导电缆系统的设计、施工、运维等环节进行系统研究,解决了工程落地的诸多难题。关键技术研究方面,项目团队开发了国内首套三相统包结构超导电缆系统,攻克了大长度绝热管制造、大长度超导带材绕包接续、大温差终端绝缘设计等装备制造瓶颈;工程实施层面,发明了世界首个超导电缆全程排管冷缩补偿方法,解决了超导电缆大坡度、多转角的敷设难题;运维准备层面,建立了综合监测系统,实现电缆状态实时监测;标准引领方面,已形成14项专利和2项标准。

  超导电缆的成功应用,大大增强了中国制造的信心。“此次超导电缆实现了原材料、电缆本体制作、电缆监控系统等全面国产化,在技术上国际领先。”上海市超导重点实验室主任、上海大学教授蔡传兵说。

  目前,上海市已经形成超导电缆的完整产业链,示范工程是一个新的起点。“未来,我们还将在公里数、电压等级上继续探索,寻找超导电缆更多的应用场景,在220千伏变电站联络线、分布式能源接入、大负荷用户接入等应用场景持续探索。”谢伟表示。

  上海国际超导科技有限公司总经理、上海电缆研究所副总工程师宗曦华提出对超导电缆未来的构想:“我们将持续深化超导电缆性能研究,希望在超导电缆应用、超导电力装备等领域取得更多原创成果。”

  地表之下,超导电缆驭电而行,为城市中心提供充沛动能;地表之上,由超导电缆注入的创新动能蓬勃生发,延伸向更远的未来。

  信息来源:国家电网报,国网上海电力

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