零下196摄氏度，一个地球极点都难以达到的温度，却能在上海市中心的地下找到。12月22日，世界首条35千伏公里级超导电缆示范工程在沪投运，输送容量最大、线路最长、全商业化运行，这1.2公里的线路为何具有突破性意义？它攻克了哪些技术难点？未来又将有怎样的发展应用前景？问题的答案，就藏在中国超导产业创新“热”度里。
小通道、大容量的“高冷范”
剖开一根超导电缆，可以发现其内部结构好似一支“三色圆珠笔”。三股相互绝缘的超导线缆，像三根“笔芯”。实际运行时，“三色圆珠笔”里将充满液氮，给线缆提供低温的环境，从而发挥超导材料的特性。
“这样的结构设计，使得超导电缆传输容量更大，安全性更高，电缆外部几乎没有任何电磁辐射，更适合超大城市电网的‘实战’需求。”上海国际超导科技有限公司总经理宗曦华说。
12月22日拍摄的超导电缆终端。新华社记者丁汀摄
超导输电是当今电力行业最具革命性的前沿技术之一。其原理是在零下196摄氏度的液氮环境中，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。“一条35千伏超导电缆可以替代4至6条相同电压等级的传统电缆，可以节省70%的地下管廊空间。”国网上海电力总工程师谢伟说。
小通道、大容量的特性，使得超导电缆在传输效能和空间经济性上具备显著优势，在城市中心区域用电负荷快速增长、地下通道资源紧张的趋势下，超导电缆的落地应用无疑是为解决负荷热点地区的供电“卡脖子”问题打开一个全新“气口”。
此次投运的超导电缆工程选址位于上海市中心田林地区，这个工程创造了多项“世界纪录”。宗曦华介绍，目前世界上正式运行的公里级超导电缆项目一共有三个，我国就拥有其中之一，其他两个分别在韩国和德国，“从各项指标看上海项目称得上是目前世界上输送容量最大、输送距离最长的商业化运行超导电缆工程。”
从实验室走向实战 一项项“填空白”
为了将技术从蓝图变为现实，参与各方付出了巨大努力。宗曦华说，以电缆的绝热套管为例，内外超过200摄氏度的温差，加上数万伏的高压、数千安培的电流——解决这些绝热、绝缘、密封和强度方面的难题，已经相当不易。
“此外，我们的工程周围有医院、居民区、酒店，还有民防工程，复杂的环境意味着超导电缆不可能走直线，而此前国外实际投入运营的超导电缆项目全部为短距离实验或直线点对点供电用途，复杂环境下超导电缆的敷设要求及相关参数信息基本空白。”谢伟说。
12月22日拍摄的上海35千伏公里级超导电缆工程建设图。新华社记者王默玲摄
国网上海电力科技部副主任杨建平指着工程建设图说：“线路上有很多个转角，前后地势还存在数米的落差，对于普通电缆不是问题，但对于结构非常复杂的超导电缆来说，一旦解决不好转角弯折和落差敷设问题，就容易把真空层破坏掉，使得材料失去超导特性。整个建设过程对于牵引力的计算要求非常高，我们在此期间也进行了大量的测试、分析。”
据了解，此次35千伏公里级超导电缆工程项目核心技术国产化率达100%，并填补多项国际标准空白。围绕超导电缆的规划设计、运行维护、继电保护等，项目团队累计申请发明专利30余项。
“超导 ”绘就制造业新蓝图
超导产业是上海重点培育的新兴产业之一，近15年来，上海科技、产业部门接力推进，形成了从超导材料到电缆集成的核心能力。
“新材料是制造业创新的上游源头。多年来，科研人员甘心坐冷板凳，企业则做好‘钱掉进黄浦江，几年听不见声响’的准备，才有最终的产出。”奥盛集团董事长汤亮说，紧抓新材料研发不松手，就像是植树造林一样，最终能达到“一树百获”的效果。22日，上海超导制造业创新中心同步揭牌，以服务国家重大能源战略和催生新兴产业为导向，推动超导技术与电力能源、大科学装置、医疗、轨道交通等关键领域的深度融合。
比如，在生命健康领域，目前临床诊断用超导磁共振产品主要有1.5T和3.0T两个规格，随着超导磁体技术的提高，7T及更高磁场强度的磁共振超导磁体及成像技术逐渐成熟，可以为蛋白质结构生物学、药学、临床医学等研究领域提供可靠的高清晰成像研究平台。
宗曦华表示，目前超导材料的“身价”还比较高，随着产业化不断推进、应用场景越来越丰富，其成本有望大幅下降，从而在更多领域加速实现“样品”变“产品”。（记者王默玲、龚雯）
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