超导电缆技术应用获新突破
经济日报 | 作者 王轶辰
与交流超导电缆相比，电网线损降低约70%。近日，国内首条高温超导低压直流电缆在江苏省苏州市并网投运，填补了超导电缆在国内低压直流系统的应用空白。直流超导输电技术的应用，将为新型电力系统建设以及能源转型升级注入强劲动力。
超导电缆是电流传输的理想电缆。20年来，随着超导材料技术进步，中国、美国、日本、韩国、欧洲等国家和地区对高温超导电缆的应用研究长期保持较高的科研投入。
2021年，工业和信息化部、科技部、自然资源部三部门印发《“十四五”原材料工业发展规划》，强调要实施前沿材料前瞻布局行动，支持科研单位联合企业发展超导材料，推动新的主干材料体系化发展。
目前，我国在超导电缆应用方面已有一些探索，但都是交流超导电缆示范工程。近年来，随着新型电力系统建设，风电、光伏等新能源大量并网，同时以电动汽车为代表的直流负荷快速发展，各地开始探索建设更加灵活可控的直流配用电系统。因此，探索超导在直流系统中的应用也成为新的研究方向。
“由于直流供电方式不存在交流损耗，因此直流超导电缆与交流超导电缆相比，电网线损会进一步降低。”中国电工技术学会超导技术专业委员会委员古宏伟介绍。相关文献数据显示，交流高温超导的损耗在3%至4%之间，而直流超导电缆的损耗只有1%至2%。
长三角地区近年来积极优化能源结构，构建新型电力系统。面对不断增长的电力需求和新能源接入比例，单纯增加电网密度，与趋于饱和的城市空间现状相悖。如何提高能源传输效率、优化通道资源配置，成为能源转型升级的课题之一。超导电缆因其零电阻特性，可有效提高电力传输效率、降低电能损耗，成为这一问题的有效解决方案。
2020年6月，苏州吴江区政府、国网苏州供电公司、江苏永鼎股份有限公司三方联合启动高温超导直流电缆示范工程建设，在吴江同里中低压直流配电网的基础上，建设一条总长180米的高温超导直流电缆，连接起10千伏庞东直流中心站和泓晟塑胶科技（苏州）有限公司厂区直流配电房。
“这条超级电缆设计电压为±375伏，载流量为4500安，导体截面积仅为90平方毫米，相较于同电压等级下常规PVC铜芯电缆，截面积不到常规电缆的一半，但是它的输电能力却相当于20根常规电缆，同时导体损耗只有常规电缆的十分之一，在大幅提升输电能力的同时极大降低了电能传输过程中的损耗。”国网苏州供电公司设备部副主任杨晨介绍。
据悉，该项目使用的钇钡铜氧（YBCO）第二代高温超导带材为国产化材料，实现超导电缆系统核心材料的国产化替代。在结构上，该电缆在国内首次采用正负极同轴的方式，相当于2根电缆合二为一，是目前结构最紧凑的超导电缆，可使电力系统更可靠。
“示范工程建设为超导电缆在城市配电网系统中的实际应用奠定了基础，也为新型电力系统建设落地、城市绿色可持续发展提供了典型样本经验。”古宏伟说。
随着超导应用技术成熟，建设的超导电缆电压等级、容量和长度都在不断提升。但受限于超导材料价格、电缆真空绝热、沿线制冷等因素，利用超导电缆进行远距离输电的经济技术可行性不高，需要为该技术找到合适的应用场景。
业内人士认为，虽然现阶段超导电缆的性价比仍无法比拟常规输电线路，但超导输电技术高载流和大容量的特性，可解决大城市及高负荷密度区域的输配电难题，可用于配网改造升级和电网互联等应用场景。例如：美国正研究利用13.8千伏三相交流电缆，替换电缆沟内满载常规线路；韩国则采用超导电缆建造通电走廊，推进传统电网更新换代。
杨晨表示，未来将立足示范工程，面向规模化推广应用需求，总结建设安装经验，积累系统运行数据，研究运维管理规程，完善全流程管理机制，铺平实用化应用道路。