關(guān)于發(fā)展高溫超導(dǎo)輸電的建議

嚴(yán)陸光，周孝信，甘子釗，周 遠(yuǎn)，盧 強(qiáng)，趙忠賢，周 廉，程時(shí)杰，劉峰松，肖立業(yè)，林良真，韓征和，信 贏，戴少濤，來小康，唐躍進(jìn)，羅二倉，王俊杰，丘 明，李柏青，于坤山，古宏偉，任 麗，馮 霞，許 熙

(中國科學(xué)院學(xué)部咨詢研究組，北京 100190)

關(guān)于發(fā)展高溫超導(dǎo)輸電的建議

嚴(yán)陸光，周孝信，甘子釗，周 遠(yuǎn)，盧 強(qiáng)，趙忠賢，周 廉，程時(shí)杰，劉峰松，肖立業(yè)，林良真，韓征和，信 贏，戴少濤，來小康，唐躍進(jìn)，羅二倉，王俊杰，丘 明，李柏青，于坤山，古宏偉，任 麗，馮 霞，許 熙

(中國科學(xué)院學(xué)部咨詢研究組，北京 100190)

為解決我國日益突出的能源資源和負(fù)荷分布不均的矛盾，提高能源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等綜合利用效率，中國科學(xué)院學(xué)部于2011年12月設(shè)立了“高溫超導(dǎo)輸電”的咨詢項(xiàng)目，力求前瞻思考和探討高溫超導(dǎo)輸電的可行性并為國家發(fā)展此項(xiàng)前沿技術(shù)提供咨詢意見。本項(xiàng)目在嚴(yán)陸光院士的主持下，組織20多位院士和專家，經(jīng)過一年多的深入調(diào)研和研討，形成了《關(guān)于發(fā)展高溫超導(dǎo)輸電的建議》咨詢報(bào)告。報(bào)告分析了國內(nèi)外高溫超導(dǎo)輸電技術(shù)發(fā)展和示范應(yīng)用情況，認(rèn)為高溫超導(dǎo)輸電具有大容量、低損耗、體積小、重量輕、系統(tǒng)可靠性高、節(jié)約資源、環(huán)境友好等優(yōu)勢，有望在我國未來電網(wǎng)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。報(bào)告還針對我國相關(guān)技術(shù)和政策等方面的問題，提出了我國發(fā)展高溫超導(dǎo)輸電路線圖和設(shè)立“高溫超導(dǎo)輸電”項(xiàng)目等政策建議。

高溫超導(dǎo)輸電;超導(dǎo)電纜;未來電網(wǎng)

1 研究背景與研究意義

1.1 研究背景

100年前，荷蘭物理學(xué)家卡麥林·昂尼斯發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體，由于超導(dǎo)體沒有電阻，即它在輸送電流時(shí)沒有電阻損耗，因此，它的應(yīng)用將對整個(gè)電能輸送技術(shù)帶來革命性的影響。20世紀(jì)80年代后期，液氮溫區(qū)的高臨界溫度超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，使得將超導(dǎo)體用于大規(guī)模的電能輸送成為可能。20世紀(jì) 90年代以來，國內(nèi)外均在高溫超導(dǎo)輸電方面進(jìn)行著積極的研發(fā)與示范工作，奠定了良好基礎(chǔ)，研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)鏈雛形已經(jīng)形成，有望在21世紀(jì)前期進(jìn)入超導(dǎo)電力輸送的新時(shí)代。

我國的能源資源大部分分布在西部和北部，負(fù)荷大部分分布在中部和東部地區(qū)，我國能源資源和負(fù)荷需求的地理分布決定了電能輸送具有跨區(qū)域、遠(yuǎn)距離和大規(guī)模的特點(diǎn)，西南的水電、西北的火電、風(fēng)電和太陽能發(fā)電將送至華北、華中、華東和南方，從而形成大規(guī)?！拔麟姈|送”、“北電南送”電力流格局。到2020年，跨區(qū)、跨國電網(wǎng)輸送容量預(yù)測有可能達(dá)到4.38億kW?？紤]到新能源發(fā)展的遠(yuǎn)景，我國未來能源資源和負(fù)荷分布不均衡的矛盾將更加突出。周孝信院士等專家預(yù)測(注):到2050年，我國中東部地區(qū)仍是主要負(fù)荷中心，“三華”地區(qū)負(fù)荷比重約達(dá)65%，加上南方主要負(fù)荷中心的珠三角，預(yù)計(jì)中東部主要負(fù)荷中心用電量比例將達(dá)到75%左右。而電源分布則是中東部略大于西部、北部，大致比例是55∶45，所以必然形成西部、北部向中東部地區(qū)的電力流，其中主要包括煤電、水電、風(fēng)電和太陽能發(fā)電等電力。

為了提高能源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等綜合利用效率，從“十二五”起我國將大力發(fā)展特高壓交流和直流輸電。其中特高壓交流定位于主網(wǎng)架建設(shè)和跨大區(qū)送電，直流定位于大型能源基地的遠(yuǎn)距離、大容量外送和跨網(wǎng)電源輸送。在“十二五”發(fā)展基礎(chǔ)上，我國電網(wǎng)建設(shè)將有更大規(guī)模的發(fā)展。

考慮到電能在終端能源中的比重不斷提高，減少電網(wǎng)損耗將成為日益重要的任務(wù)。目前，我國電網(wǎng)的損耗約為7.5%，以2010年的總發(fā)電功率9.6億kW為基數(shù)來計(jì)算，電網(wǎng)的損耗達(dá)到7200萬kW，相當(dāng)于三座三峽電站的發(fā)電功率。到2050年，以總發(fā)電功率為25.6億kW來計(jì)算，如果電網(wǎng)無有效的降耗措施，則電網(wǎng)的損耗將達(dá)到1.92億kW，大致相當(dāng)于1994年全國電力裝機(jī)總?cè)萘俊?/p>

電網(wǎng)的損耗主要源于輸配電線路及變壓器，其中輸電線路損耗約占1/3，即大約為總發(fā)電功率的2.5%左右。隨著可再生能源的大量接入，我國未來的平均輸電距離將比現(xiàn)在更遠(yuǎn)，如果沒有技術(shù)上的進(jìn)步，則總的輸電損耗將不可避免地增加。因此，采用新的輸電技術(shù)以提高電網(wǎng)的效率是十分重要和迫切的任務(wù)。

1.2 研究意義

高溫超導(dǎo)輸電是使用高溫超導(dǎo)材料替代傳統(tǒng)的銅和鋁導(dǎo)線來輸送電能，與常規(guī)直流輸電相比，高溫超導(dǎo)直流輸電的主要優(yōu)越性可歸納為:

(1)大容量。輸送容量可達(dá)常規(guī)特高壓直流輸電的4～10倍。如常規(guī)的 ±800kV直流輸電線路，傳輸電流可達(dá)4750A，其傳輸容量可達(dá)750萬kW，由于超導(dǎo)材料的載流能力可以達(dá)到普通銅或鋁的載流能力的50～500倍，即電流密度約為100～1000 A/mm2，因此一回 ±800kV的超導(dǎo)直流輸電線路傳輸電流可達(dá) 20～50kA，其輸送容量達(dá) 3200萬 ～8000萬kW。

(2)損耗低。其輸電總損耗可以降到常規(guī)直流輸電的1/4～1/2。對常規(guī)直流輸電線路，其線路損耗為5.76% ～8.91%，而超導(dǎo)直流輸電沒有電阻損耗，其損耗僅僅來自冷卻超導(dǎo)電纜的低溫冷卻系統(tǒng)。

(3)體積小。超導(dǎo)電纜載流密度高，因此超導(dǎo)直流輸電系統(tǒng)體積相對較小，其安裝占地空間也較小，從而土地占用減少。

(4)重量輕。由于超導(dǎo)線電流密度高，輸送相同容量的超導(dǎo)線截面積較常規(guī)銅線或鋁線大大減少，因此超導(dǎo)電纜的重量也要比同樣傳輸電壓和傳輸容量的常規(guī)電纜小。

(5)可降低傳輸電壓。超導(dǎo)電纜可以在比常規(guī)電纜損耗小的前提下傳輸比常規(guī)電纜大數(shù)倍的電流，這樣在同樣傳輸容量的需求下，傳輸電壓就可以降低一到兩個(gè)等級。

(6)增加系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性。超導(dǎo)電纜傳輸電流的能力可以隨著工作溫度的降低而增加。由于可以在原有設(shè)備配置條件下通過降低溫度來增加傳輸容量，因而有更大的過流能力，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性。對于冷絕緣超導(dǎo)電纜而言，在正常運(yùn)行時(shí)絕緣層的溫度基本不變，不會(huì)像常規(guī)交聯(lián)聚乙烯電纜那樣可能因?yàn)榻?jīng)常溫度增高而縮短壽命。

(7)節(jié)約資源，環(huán)境友好。超導(dǎo)電纜使用液氮冷卻，沒有造成環(huán)境污染的隱患，且具有防燃防爆的特性。冷絕緣超導(dǎo)電纜設(shè)計(jì)中采用了超導(dǎo)屏蔽層，基本消除了電磁場輻射，減少了對環(huán)境的電磁污染。超導(dǎo)電纜系統(tǒng)總損耗的降低，減少了溫室氣體的排放，有利于環(huán)境保護(hù)。

在高電壓、大容量輸電發(fā)展中，高溫超導(dǎo)輸電是一項(xiàng)革命性的前沿技術(shù)，有著一系列優(yōu)越性，可望在我國未來電網(wǎng)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。高溫超導(dǎo)輸電技術(shù)的研發(fā)涉及超導(dǎo)材料、新型電工裝備、大型低溫工程、巨型電網(wǎng)等多個(gè)重大領(lǐng)域的發(fā)展，因此對培育相關(guān)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)也將起到重大作用。

長期從事和關(guān)心高溫超導(dǎo)應(yīng)用的院士及專家充分認(rèn)識(shí)到，作為一種具有重大前景的新技術(shù)，大力促進(jìn)高溫超導(dǎo)輸電技術(shù)的研究和應(yīng)用，使其成為我國電網(wǎng)發(fā)展的重要成員，發(fā)揮應(yīng)有的作用已經(jīng)刻不容緩。

2 現(xiàn)狀分析與主要問題

2.1 現(xiàn)狀分析

(1)高溫超導(dǎo)輸電示范工程

自20世紀(jì)90年代中期以來，液氮溫度的高溫超導(dǎo)材料制備技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，從而引發(fā)了世界范圍內(nèi)的超導(dǎo)輸電技術(shù)研究開發(fā)熱潮。美國、歐洲、日本、中國和韓國等都相繼開展了高溫超導(dǎo)電纜的研究，完成了多組高溫超導(dǎo)輸電電纜的研制，研究重點(diǎn)主要集中在高溫超導(dǎo)交流輸電電纜。美國南方電線公司于 1999年首先將 30m長、12.5kV/ 1.25kA三相交流高溫超導(dǎo)電纜安裝在其總部進(jìn)行供電運(yùn)行;丹麥于2001年研制出30m長、36kV/2kA的三相交流高溫超導(dǎo)電纜并進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。此后，國際上有多組更長距離的高溫超導(dǎo)電纜并入實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行，主要集中在美國，包括長度分別為200m、350m以及目前國際上最長的600m(138kV/ 2kA)等三組三相交流高溫超導(dǎo)電纜，均已完成研制，并投入到實(shí)際電網(wǎng)示范運(yùn)行。日本多年來一直致力于超導(dǎo)輸電電纜的研究與開發(fā)，1997年日本住友電氣公司、古河電氣公司，以及日本電力公司等已合作開展高溫超導(dǎo)輸電電纜樣機(jī)的研制。2004年日本在經(jīng)濟(jì)、通商和工業(yè)省的支持下，F(xiàn)urukawa電氣公司和電力工業(yè)中心研究所(CRIEPI)等研制出500m長、77kV/1kA單芯高溫超導(dǎo)電纜。2006年，日本住友公司完成了全球第一組以商業(yè)化方式訂制的100m長、22.9kV/1.25kA三相交流高溫超導(dǎo)電纜的開發(fā)并交付韓國使用。

我國自“九五”以來，即開展高溫超導(dǎo)電纜的研究。1998年中國科學(xué)院電工研究所與西北有色金屬研究院和北京有色金屬研究總院合作，研制成功1m長、1kA的Bi系高溫超導(dǎo)直流輸電電纜模型，隨后又先后完成6m長、2kA高溫超導(dǎo)直流輸電電纜和10m長、10.5kV/1.5kA三相交流高溫超導(dǎo)輸電電纜的研制與實(shí)驗(yàn)。2004年中國科學(xué)院電工研究所與甘肅長通電纜公司等合作研制成功75m長、10.5 kV/1.5kA三相交流高溫超導(dǎo)電纜，先后安裝在甘肅長通電纜公司和白銀超導(dǎo)變電站中運(yùn)行至今。2004年4月北京云電英納超導(dǎo)電纜公司研制成三相交流、33.5m長、35kV/2kA的高溫超導(dǎo)電纜，并在昆明普吉變電站投入運(yùn)行。2011年中國科學(xué)院電工研究所與河南中孚公司合作，在中孚鋁冶煉廠建成360m長、電流達(dá)10kA的高溫直流超導(dǎo)電纜，2012年9月投入實(shí)際運(yùn)行。以上工程的實(shí)施，為我國高溫超導(dǎo)電纜設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行積累了經(jīng)驗(yàn)。

目前在世界范圍內(nèi)，在較長距離的高溫超導(dǎo)電纜的研究開發(fā)方興未艾，高溫超導(dǎo)電纜的實(shí)用化步伐正在加速，韓國啟動(dòng)了500m、22.9kV/1.25kA的三相交流高溫超導(dǎo)電纜的研制，電纜安裝在首爾韓國電力公司附近的配電網(wǎng)中，于2011年9月投入示范運(yùn)行;美國超導(dǎo)公司與韓國LS電纜公司于2009年9月建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，共同推進(jìn)韓國現(xiàn)有電力傳輸網(wǎng)采用高溫超導(dǎo)電纜的進(jìn)程，預(yù)計(jì)在未來五年內(nèi)將實(shí)現(xiàn)50km高溫超導(dǎo)電纜在實(shí)際商業(yè)電網(wǎng)中的使用和服務(wù)。德國和俄羅斯近期也分別啟動(dòng)了超導(dǎo)輸電電纜研制項(xiàng)目，以期在超導(dǎo)輸電技術(shù)發(fā)展中取得優(yōu)勢。

由于直流輸電的優(yōu)勢以及發(fā)展新能源的需求，近年來，超導(dǎo)直流輸電技術(shù)的研究與開發(fā)備受重視。2010年，日本中部大學(xué)完成了一組 200m 長、!10kV/2kA高溫超導(dǎo)直流電纜的研制和實(shí)驗(yàn)。韓國擬計(jì)劃在濟(jì)州島智能電網(wǎng)示范項(xiàng)目中，研發(fā)一組500m長、80kV/60MW的超導(dǎo)直流輸電電纜，并利用該電纜作為可再生能源接入電網(wǎng)的通道。2011年5月，德國就開展千公里級高溫超導(dǎo)直流輸電示范工程的建設(shè)，召開了國際可行性專題研討會(huì)。2011年8月在日本召開的第一屆亞洲—阿拉伯可持續(xù)能源論壇，提出開發(fā)撒哈拉太陽能和風(fēng)能發(fā)電，并采用超導(dǎo)直流輸電技術(shù)將電力輸送到歐洲和日本的宏偉計(jì)劃。為此，日本住友電氣已經(jīng)啟動(dòng)了一項(xiàng)旨在利用超導(dǎo)直流輸電構(gòu)造全球性可再生能源網(wǎng)絡(luò)的前期研究項(xiàng)目。

當(dāng)前，高溫超導(dǎo)電纜的總體發(fā)展趨勢是:以示范工程為突破口，進(jìn)一步發(fā)展實(shí)用化高溫超導(dǎo)輸電技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)在更大容量、更長距離的電力傳輸領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)，從過去以開發(fā)交流超導(dǎo)電纜為主，到目前開始并重推進(jìn)直流超導(dǎo)電纜的研究開發(fā)與示范。

(2)高溫超導(dǎo)材料

超導(dǎo)材料是超導(dǎo)電力應(yīng)用的基礎(chǔ)，目前，實(shí)用的高溫超導(dǎo)材料主要包括Bi系(包括Bi2Sr2Ca2Cu3O10即Bi-2223、Bi2Sr2Ca1Cu2O8即 Bi-2212，也稱為第一代高溫超導(dǎo)帶材 BSCCO)和 Y系(YBa2Cu3O7－x即Y-123，也稱第二代高溫超導(dǎo)帶材YBCO)高溫超導(dǎo)帶材。Bi系和Y系高溫超導(dǎo)材料可以在液氮溫度(77K)下運(yùn)行，由于氮?dú)赓Y源極其豐富以及77K的液氮溫度比液氦溫度(4.2K)高出73K，帶來制冷成本的大大降低，使得超導(dǎo)技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用成為可能。

以Bi系高溫超導(dǎo)帶材為代表的第一代高溫超導(dǎo)帶材由于可加工成長帶并具有較高的臨界電流密度(77K、自場下達(dá)3×104～7×104A/cm2)，良好的熱、機(jī)械及電穩(wěn)定性，使其率先進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)階段。工業(yè)化生產(chǎn)的截面約為1mm2的帶材，在77K與自場下的臨界電流一般在100A以上，最好的接近200A。以YBCO為代表的第二代高溫超導(dǎo)帶材，由于其載流能力優(yōu)于Bi系高溫超導(dǎo)帶材，近年來已成為超導(dǎo)材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，美國和日本等相繼制定了大規(guī)模研究計(jì)劃，已取得了很好的研究成果。

Bi-2223導(dǎo)線通常用粉末裝管法(PIT)，即將陶瓷性的超導(dǎo)材料粉末充填在金屬套管(銀管)里來制備，制備技術(shù)已比較成熟。Bi系高溫超導(dǎo)帶材在77K下的不可逆場約為0.4T，臨界電流易受磁場影響，在磁場下其臨界電流衰減很快;另一方面由于采用銀套管等貴金屬材料，生產(chǎn)成本較高。美國超導(dǎo)公司(AMSC)、德國布魯克公司(Bruker)都曾有批量化生產(chǎn)千米長帶材的能力，目前已停產(chǎn)或轉(zhuǎn)產(chǎn)Y系超導(dǎo)帶材。日本住友電工公司(Sumitomo)和我國北京英納公司現(xiàn)在仍生產(chǎn)Bi-2223/Ag帶材，年產(chǎn)能力分別為500km和200km。Bi-2223/Ag導(dǎo)線已用于超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)限流器和大電流引線等的研發(fā)與示范工程。

YBCO超導(dǎo)體具有優(yōu)異的磁場下性能，77K下的不可逆場達(dá)7T，比Bi-2223高出一個(gè)量級，外延生長的YBCO超導(dǎo)薄膜的臨界電流密度在77K零場下一般均達(dá)到106A/cm2。由于 YBCO超導(dǎo)材料的延展性極低，織構(gòu)形成困難，Bi系帶材所用的粉末裝管法不適用于其帶材的制備，加工長帶材需采用涂層技術(shù)將超導(dǎo)材料復(fù)合到一種柔性的金屬基帶上，從而也被稱為涂層導(dǎo)體。

YBCO超導(dǎo)帶材主要由金屬基帶、隔離層、超導(dǎo)層與保護(hù)層組成，制備技術(shù)比較復(fù)雜。YBCO超導(dǎo)層的制備過程是一種在納米尺度上的可控晶體外延生長過程，目前主要采用的手段有激光沉積(PLD)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)和金屬有機(jī)物化學(xué)溶液沉積(MOD)。

1999年第一根100m長的YBCO高溫超導(dǎo)帶材被制備出來后，YBCO涂層導(dǎo)體的長度方面的制備技術(shù)瓶頸被突破，為其工業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，從此，研發(fā)工作逐漸向企業(yè)轉(zhuǎn)移。YBCO帶材研發(fā)工作目前領(lǐng)先的是日本藤倉(Fujikura)公司、美國超導(dǎo)公司(AMSC)和美國 Super Power公司等。日本藤倉公司制備YBCO帶材性能最高，2011年已制備出單線長816.4m、臨界電流達(dá)572A/cm寬的帶材，并用所制備的YBCO帶材研制出一些具有商業(yè)用途的超導(dǎo)器件。美國超導(dǎo)公司研制的4mm寬YBCO帶材，臨界電流保持在100A左右。美國 Super Power公司是世界上首家制備出千米長 YBCO帶材的廠家，其長1065m的 YBCO帶材臨界電流達(dá) 282A/ cm。目前，日本藤倉公司只向外界提供少量YBCO帶材產(chǎn)品，美國 Super Power公司產(chǎn)能約達(dá)500km (12mm寬)，美國超導(dǎo)公司產(chǎn)能約達(dá)250km(40mm寬)。

我國YBCO超導(dǎo)帶材的研發(fā)與生產(chǎn)工作也已起步，“十一五”期間上海交通大學(xué)開展YBCO帶材研究，2011年研制出百米級的帶材，臨界電流達(dá)194A/cm。近年來，國內(nèi)企業(yè)開始介入YBCO帶材的產(chǎn)業(yè)化。2011年2月永鼎股份公司在蘇州科技園區(qū)成立了蘇州新材料研究所有限公司，從美國引進(jìn)研發(fā)團(tuán)隊(duì)并聯(lián)合國內(nèi)研發(fā)機(jī)構(gòu)，計(jì)劃2013年制備出千米級、百安培級的 YBCO帶材。2012年，贛商集團(tuán)聯(lián)合上海交通大學(xué)創(chuàng)辦了上海超導(dǎo)科技股份有限公司，上海大學(xué)聯(lián)合上海匯陽超導(dǎo)材料有限公司共同組建了上海上創(chuàng)超導(dǎo)科技有限公司，他們都準(zhǔn)備開展YBCO帶材的研制。此外，西北有色金屬研究院已實(shí)現(xiàn)YBCO基帶的小批量制備，北京工業(yè)大學(xué)已與中國節(jié)能環(huán)保集團(tuán)所屬的中節(jié)能新材料投資有限公司簽訂了投資 YBCO用基帶產(chǎn)業(yè)化的協(xié)議等。

Tl(鉈)系超導(dǎo)體是高溫超導(dǎo)體中成員最多的家族，在晶體結(jié)構(gòu)上它幾乎涵蓋了所有銅基氧化物高溫超導(dǎo)體的晶體類型。由于其臨界轉(zhuǎn)變溫度達(dá)125K，高于液化天然氣溫度，因此Tl(鉈)系超導(dǎo)體的發(fā)展和應(yīng)用，有可能使超導(dǎo)輸電在液化天然氣溫區(qū)實(shí)現(xiàn)。但由于 Tl(鉈)系材料具有高揮發(fā)性和毒性，目前開展研究較少。

最近幾年，人們又發(fā)現(xiàn)了一些有應(yīng)用前景的新型超導(dǎo)體，如MgB2和鐵基超導(dǎo)體等，雖然它們的臨界轉(zhuǎn)變溫度都還低于Bi系和Y系超導(dǎo)體，但新型超導(dǎo)體的不斷發(fā)現(xiàn)，突破了人們對超導(dǎo)機(jī)制的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，表明了超導(dǎo)電性仍然是一片有待于大力開發(fā)和探索的前沿領(lǐng)域，并可能存在重大突破。實(shí)際上，具有更高轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)材料探索和研究(例如，200K超導(dǎo)材料直至常溫超導(dǎo)材料)，始終是人類的不懈追求。可以預(yù)見，隨著新型高臨界溫度超導(dǎo)體的研究不斷取得突破，超導(dǎo)技術(shù)在能源和電力等方面的廣泛應(yīng)用將變成現(xiàn)實(shí)，從而為未來電網(wǎng)的發(fā)展提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

(3)低溫制冷冷卻系統(tǒng)

目前高溫超導(dǎo)電纜需要運(yùn)行在液氮溫區(qū)，因此必須有相應(yīng)的低溫制冷裝置和冷卻系統(tǒng)來保證其穩(wěn)定運(yùn)行。高溫超導(dǎo)電纜的低溫冷卻系統(tǒng)有著一些重大特點(diǎn)，如:

1)它通常采用過冷(65～72K)液氮循環(huán)迫流冷卻;

2)要穩(wěn)定保持超導(dǎo)輸電線路在低溫下工作，系統(tǒng)的制冷量將達(dá)1～2kW/km以上;

3)整個(gè)系統(tǒng)將由多套相同的制冷與冷卻裝備連接組成。實(shí)用高溫超導(dǎo)輸電低溫冷卻系統(tǒng)的規(guī)模與水平將大大超過現(xiàn)有的低溫冷卻系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)電纜冷卻有多種制冷方式，如常壓液氮沸騰制冷、減壓降溫制冷與低溫制冷機(jī)等。對實(shí)用超導(dǎo)電纜，采用制冷機(jī)提供冷源實(shí)現(xiàn)閉式循環(huán)是比較合適的冷卻方式，它自動(dòng)化程度比較高，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

目前，國際上已有多種實(shí)現(xiàn)批量化商業(yè)生產(chǎn)的低溫制冷機(jī)產(chǎn)品出售。近些年來，在77K溫區(qū)下大冷量單級G-M制冷機(jī)和單級脈管制冷機(jī)的研發(fā)，取得了良好的進(jìn)展。日本住友公司生產(chǎn)的低溫小型蓄冷型低溫制冷機(jī)(如G-M制冷機(jī))在77K下的制冷量可達(dá)數(shù)百瓦甚至上千瓦。目前商用的大型液氮制冷機(jī)還有斯特林(Stirling)制冷機(jī)和布萊頓(Brayton)循環(huán)制冷機(jī)等，國外法液空(Air Liquide)公司與林德(Linde)公司已能提供制冷量達(dá)數(shù)十千瓦的布萊頓(Brayton)循環(huán)制冷機(jī)產(chǎn)品，荷蘭斯特林低溫與制冷技術(shù)公司生產(chǎn)的斯特林制冷機(jī)則可在77K提供數(shù)千瓦的制冷量。但這些制冷機(jī)在液氮溫區(qū)的制冷效率普遍在卡諾效率的0.1左右，較大型制冷機(jī)的制冷效率也僅在卡諾效率的0.15左右，從超導(dǎo)電力技術(shù)的實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化角度來看，目前的制冷系統(tǒng)在制冷效率、價(jià)格、使用壽命、可靠性等方面還有待于提高。

我國低溫技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已積累了扎實(shí)的理論和技術(shù)研究基礎(chǔ)，以周遠(yuǎn)院士為代表的研究團(tuán)隊(duì)在國際前沿的新型低溫制冷基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)方面都取得了突破，掌握了斯特林制冷機(jī)、G-M制冷機(jī)、脈沖管制冷機(jī)、透平膨脹制冷機(jī)等研制經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，部分制冷機(jī)和低溫制冷技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于包括高溫超導(dǎo)電纜、高溫超導(dǎo)限流器等超導(dǎo)電力示范裝置上。

2.2 主要問題

在高溫超導(dǎo)輸電示范工程方面，國內(nèi)外已取得了一系列成果，但輸電電纜最長僅610m，最高額定電壓138kV，運(yùn)行時(shí)間普遍較短，具有明顯的研發(fā)電纜在電網(wǎng)試運(yùn)行的性質(zhì)，與高溫超導(dǎo)輸電的實(shí)際應(yīng)用尚有差距。

(1)要實(shí)現(xiàn)使高溫超導(dǎo)輸電盡快成熟到能進(jìn)入國家未來電網(wǎng)建設(shè)計(jì)劃，進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)與運(yùn)營的總目標(biāo)，在技術(shù)上尚需解決如下問題:

1)高溫超導(dǎo)電纜及示范工程。高溫超導(dǎo)電纜采用液氮溫度下工作的超導(dǎo)帶材作為導(dǎo)體層替代常規(guī)輸電的室溫工作的銅鋁導(dǎo)線，其發(fā)展需要解決多方面的相關(guān)技術(shù)，諸如電纜結(jié)構(gòu)和繞制技術(shù)、電纜絕緣技術(shù)、電纜終端與接頭技術(shù)、低溫杜瓦管技術(shù)、液氮制冷與循環(huán)冷卻技術(shù)以及安全運(yùn)行技術(shù)等。為了適應(yīng)未來超導(dǎo)電纜大批量生產(chǎn)的需要，還要做大量工作。此外，超導(dǎo)電纜冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性是決定超導(dǎo)輸電可靠性的最重要因素，研究開發(fā)出最佳的長距離超導(dǎo)電纜的冷卻技術(shù)無疑是一項(xiàng)十分重大的任務(wù)。因此，要發(fā)展高溫超導(dǎo)輸電還必須部署長期持續(xù)的示范工程工作，以求在輸電工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)方面取得突破。

2)高溫超導(dǎo)材料。目前，Bi-2223/Ag高溫超導(dǎo)導(dǎo)線已實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，它在低場下的性能與價(jià)格較YBCO帶材有一定優(yōu)勢，但由于其電磁性質(zhì)具有顯著各向異性，同時(shí)其電流密度將隨磁場增大而急劇下降，從而限制它的應(yīng)用范圍。YBCO超導(dǎo)體具有更為優(yōu)異的磁場下性能，電磁性質(zhì)各向異性也較Bi-2223小一數(shù)量級。由于不需要銀作為基體材料，近年來一直是超導(dǎo)材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。YBCO超導(dǎo)帶材要獲得實(shí)際應(yīng)用還必須針對千米級的長帶開展工作，解決關(guān)鍵制備技術(shù)，并進(jìn)一步提高其性價(jià)比。Tl(鉈)系和其他新的超導(dǎo)體有待進(jìn)行深入研究，以探索在液化天然氣溫區(qū)使用的超導(dǎo)線(帶)材。

發(fā)展高溫超導(dǎo)輸電至關(guān)重要的是超導(dǎo)材料要在技術(shù)性能和價(jià)格方面都有新的、重大突破并形成規(guī)?；a(chǎn)業(yè)。

3)低溫冷卻技術(shù)。要真正實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)輸電的規(guī)?；瘜?shí)際應(yīng)用，必須發(fā)展長距離、合理高效、安全可靠的大型液氮溫區(qū)的低溫制冷冷卻系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。整個(gè)低溫制冷冷卻系統(tǒng)的發(fā)展與成熟還需大力發(fā)展一系列關(guān)鍵低溫技術(shù)，主要包括:高效、長壽命和高可靠性的大型制冷機(jī)的研發(fā)、長距離超導(dǎo)電纜冷卻流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)和低溫輸配技術(shù)、低漏熱低溫杜瓦管的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及低溫系統(tǒng)監(jiān)控與保護(hù)技術(shù)等。

4)一、二次電氣設(shè)備。高溫超導(dǎo)輸電線路是由超導(dǎo)電纜和一、二次電氣設(shè)備構(gòu)成，由于超導(dǎo)輸電電纜可比常規(guī)輸電電流大，因此研發(fā)高載流、容量/功率匹配、性能符合要求的換流等一次設(shè)備和監(jiān)控、繼保等二次設(shè)備并實(shí)現(xiàn)線路/系統(tǒng)的科學(xué)規(guī)劃、建設(shè)、管理和運(yùn)營也是發(fā)展高溫超導(dǎo)輸電的重要任務(wù)。

(2)要實(shí)現(xiàn)盡快使高溫超導(dǎo)輸電成熟到能進(jìn)入國家未來電網(wǎng)建設(shè)計(jì)劃，進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)與運(yùn)營的總目標(biāo)，需要有相應(yīng)的戰(zhàn)略措施:

1)盡管已經(jīng)過近二十年的各方努力，在超導(dǎo)輸電電纜的研發(fā)與示范運(yùn)行方面已取得了一些成績，為繼續(xù)前進(jìn)奠定了基礎(chǔ)，但要實(shí)現(xiàn)在電力系統(tǒng)中安全、可靠的大規(guī)模應(yīng)用，還要經(jīng)歷長時(shí)間的逐步提高，可能還需要二十年左右時(shí)間。為了能快速發(fā)展高溫超導(dǎo)輸電的實(shí)際應(yīng)用，國家應(yīng)在發(fā)展中起主導(dǎo)作用，進(jìn)行計(jì)劃與部署，制定分階段前進(jìn)的路線圖，在一定時(shí)間內(nèi)，承擔(dān)資金投入與政策扶持。

2)高溫超導(dǎo)輸電技術(shù)屬于前沿的高新技術(shù)，牽涉到超導(dǎo)材料、超導(dǎo)電纜、大型低溫工程、超導(dǎo)輸電線路建設(shè)與運(yùn)營及含有超導(dǎo)輸電的巨型電網(wǎng)發(fā)展等多個(gè)重大領(lǐng)域的發(fā)展，涉及多個(gè)行業(yè)、專業(yè)和部門，要在所有方面都組成強(qiáng)有力的工作隊(duì)伍，形成面向不同核心技術(shù)的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，采取有效的組織措施，保證大家能持續(xù)、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)工作，快速成長與提高。

3)要實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，必須在研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化與建設(shè)運(yùn)營三方面都要堅(jiān)持持續(xù)性工作，必須大力加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研、用有機(jī)聯(lián)合，有效發(fā)揮各自優(yōu)勢，統(tǒng)一協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作。用戶部門負(fù)責(zé)提出技術(shù)要求和應(yīng)該解決的關(guān)鍵問題，組織進(jìn)行示范運(yùn)行，并建立標(biāo)準(zhǔn)測試平臺(tái);研發(fā)單位和大專院校重點(diǎn)解決應(yīng)用基礎(chǔ)問題，共性關(guān)鍵技術(shù)及原理創(chuàng)新;產(chǎn)業(yè)部門重點(diǎn)解決工藝、配套技術(shù)和系統(tǒng)集成。

(3)由于超導(dǎo)輸電設(shè)備產(chǎn)業(yè)近期內(nèi)還難以給投資者帶來經(jīng)濟(jì)利益，從而產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要國家投入引導(dǎo)性資金，作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)來支持。

(4)高溫超導(dǎo)輸電要達(dá)到大規(guī)模建設(shè)與運(yùn)營，成為電力輸電系統(tǒng)的重要成員的總目標(biāo)，需要二、三十年長時(shí)間的持續(xù)努力。因此，要以國家為主導(dǎo)，根據(jù)需求與實(shí)際進(jìn)展，進(jìn)行計(jì)劃與部署，擬定發(fā)展路線圖，明確目標(biāo)，并進(jìn)入國家五年計(jì)劃體系，以使各方面工作統(tǒng)一協(xié)調(diào)前進(jìn)。

3 解決思路與政策建議

3.1 解決思路

我國的電力需求不斷增長，大城市高密度高可靠性供電、長距離大容量輸電、接納大規(guī)模新能源發(fā)電等技術(shù)能力都需要大幅提高，高溫超導(dǎo)輸電技術(shù)必將在這一發(fā)展需求中發(fā)揮重要作用。高溫超導(dǎo)輸電應(yīng)成為我國電網(wǎng)發(fā)展的重要手段，在未來電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮重要作用。近期，在大城市、大負(fù)荷過江河輸電等特殊場合的大容量高密度超導(dǎo)輸配電是可期望的應(yīng)用點(diǎn)之一。為此，已刻不容緩地需要國家進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和認(rèn)真部署，形成國家發(fā)展計(jì)劃，組織強(qiáng)有力的隊(duì)伍，給以長期穩(wěn)定的有力支持，大力推動(dòng)其發(fā)展與實(shí)用。

發(fā)展高溫超導(dǎo)輸電國家計(jì)劃的目標(biāo)應(yīng)與我國未來電網(wǎng)建設(shè)實(shí)際需求緊密結(jié)合，國家計(jì)劃的總目標(biāo)應(yīng)是盡最大努力使高溫超導(dǎo)輸電能盡快成熟到進(jìn)入國家未來電網(wǎng)建設(shè)計(jì)劃中，進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)與運(yùn)營，成為重要成員，發(fā)揮應(yīng)有作用。主要包括:在全面系統(tǒng)地進(jìn)行關(guān)鍵材料與裝備的研發(fā)、形成一系列自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)基礎(chǔ)上，大力發(fā)展技術(shù)與經(jīng)濟(jì)均先進(jìn)的裝備與材料并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化;培育成長相關(guān)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)建設(shè)輸電線路所需材料與裝備的產(chǎn)業(yè)化;通過逐步提高超導(dǎo)輸電示范工程輸送容量和距離，獲得設(shè)計(jì)、建設(shè)，運(yùn)營的經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)隊(duì)伍，為超導(dǎo)輸電規(guī)?；M(jìn)入國家大電網(wǎng)奠定基礎(chǔ)。

發(fā)展直流輸電是近年來已開始的未來趨勢。目前，世界上運(yùn)行的直流輸電系統(tǒng)共百余個(gè)，容量100萬kW以上的有29個(gè)，我國已有三峽-華東、青海-西藏、寧東-山東等10多條直流輸電系統(tǒng)投入運(yùn)行。隨著可再生能源發(fā)電的比重增大，直流輸電正在迅速發(fā)展。由于高溫超導(dǎo)直流輸電有其特殊優(yōu)越性，發(fā)展超導(dǎo)直流輸電日益受到世界各國重視，根據(jù)我國電網(wǎng)發(fā)展的實(shí)際需求，大容量、直流高溫超導(dǎo)輸電應(yīng)是我國當(dāng)前超導(dǎo)輸電發(fā)展的重點(diǎn)。

項(xiàng)目組對在我國發(fā)展高溫超導(dǎo)輸電取得了以下重要共識(shí):

(1)20世紀(jì)80年代后期發(fā)現(xiàn)了液氮溫區(qū)的高臨界溫度超導(dǎo)體，國內(nèi)外積極進(jìn)行著超導(dǎo)輸電的研發(fā)與示范工作，顯示了高溫超導(dǎo)輸電具有大容量、低損耗、體積小、重量輕、系統(tǒng)可靠性高、節(jié)約資源、環(huán)境友好等重大優(yōu)越性，期望21世紀(jì)前期人類將進(jìn)入超導(dǎo)電力輸送的新時(shí)代，為此已奠立了良好基礎(chǔ)，正在形成發(fā)展高溫超導(dǎo)輸電的熱潮。

(2)我國電力需求仍在快速增長，終端能源中電力的比重將大幅度提高，正在大力發(fā)展可再生能源來逐步替代化石能源發(fā)電，使電力資源和負(fù)荷分布不均衡的矛盾將更加突出，從“十二五”開始大規(guī)模建設(shè)特高壓交直流輸電已提上日程，21世紀(jì)上半葉將是建設(shè)高潮。高溫超導(dǎo)輸電應(yīng)成為我國電網(wǎng)發(fā)展的重要手段，要形成國家計(jì)劃，認(rèn)真部署，大力加強(qiáng)其發(fā)展，使之盡早成熟到能在國內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)與運(yùn)營，使高溫超導(dǎo)輸電在國家巨型電網(wǎng)發(fā)展中發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

(3)我國發(fā)展高溫超導(dǎo)輸電國家計(jì)劃的總目標(biāo)應(yīng)是盡最大努力使其能盡快(如二十年內(nèi))成熟到能按實(shí)際需求進(jìn)入國家電網(wǎng)進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)與運(yùn)營，占有較大比例，成為重要成員。為此，要全面系統(tǒng)地進(jìn)行材料、裝備和關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，培育成長相關(guān)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，循序漸進(jìn)地建設(shè)運(yùn)營一系列超導(dǎo)輸電示范工程，充分重視我國以遠(yuǎn)距離、大容量、高電壓輸電為主和以直流輸電為主發(fā)展的主要特點(diǎn)。

(4)由于整個(gè)發(fā)展要經(jīng)歷長時(shí)間(約二十年)逐步提高的過程，涉及超導(dǎo)材料、超導(dǎo)電纜、大型低溫工程、超導(dǎo)輸電線路建設(shè)與運(yùn)營及含有超導(dǎo)輸電的巨型電網(wǎng)發(fā)展等多個(gè)高新技術(shù)重大領(lǐng)域和研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化與建設(shè)運(yùn)營多個(gè)行業(yè)與部門的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，要能有效地進(jìn)入國家五年計(jì)劃體系，要根據(jù)需求與實(shí)際進(jìn)展，明確每五年或十年的分階段目標(biāo)，提出發(fā)展路線圖。從當(dāng)前已有基礎(chǔ)和對需求的了解出發(fā)，可設(shè)想將整個(gè)發(fā)展路線圖分為四個(gè)階段，即:

1)“十二五”期間為啟動(dòng)階段，組建隊(duì)伍，結(jié)合過江河輸電等需求建成公里級、百千伏、千安級的國家研發(fā)試驗(yàn)平臺(tái)，對各類超導(dǎo)電纜、換流、冷卻等一次設(shè)備和監(jiān)控、繼保等二次設(shè)備進(jìn)行研發(fā)、集成、試驗(yàn)和評估，同時(shí)開展輸電技術(shù)的系統(tǒng)研究，判斷線路設(shè)計(jì)、保護(hù)配置、施工運(yùn)維等所采取技術(shù)路線的合理性和科學(xué)性，為商業(yè)運(yùn)營線建設(shè)打好基礎(chǔ)。

2)“十三五”期間，立足國內(nèi)研發(fā)成功的材料、裝備與技術(shù)和提供的產(chǎn)品，選擇如城市中心配電或短距離海底輸電的線路，建成一條選定的長十公里級、數(shù)百千伏、千安級的直流輸電商業(yè)運(yùn)營示范線，證實(shí)全套技術(shù)與裝備的實(shí)用性與運(yùn)營安全可靠性。

3)“十四五”與“十五五”期間，選擇一條或數(shù)條實(shí)用線路，建成長百公里、更高電壓與傳輸容量的實(shí)用線，帶動(dòng)國家有關(guān)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的迅速成長和輸電工程的建設(shè)與運(yùn)營隊(duì)伍的成長，為規(guī)模化應(yīng)用奠定可靠基礎(chǔ)。

4)2030年以后，選擇若干國家規(guī)劃線路進(jìn)行高溫超導(dǎo)直流輸電線建設(shè)與運(yùn)營，逐步建成國家超導(dǎo)直流輸電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。

在當(dāng)前的起始階段，重點(diǎn)應(yīng)盡快搞好“十二五”的計(jì)劃部署，能盡快制定計(jì)劃，開始工作，對后面的工作將根據(jù)實(shí)際進(jìn)展與需求逐步進(jìn)行調(diào)整完善。超導(dǎo)輸電示范工程、超導(dǎo)材料、超導(dǎo)電纜、大型低溫工程、高載流配套電力設(shè)備等高新技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)根據(jù)上述的總體分階段路線圖的要求，制定各自的發(fā)展路線圖，以保證整體工作統(tǒng)一協(xié)調(diào)進(jìn)行。

(5)超導(dǎo)輸電示范工程是整個(gè)超導(dǎo)輸電國家計(jì)劃的中心任務(wù)。它需要國家資金的大力支撐，帶動(dòng)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化工作前進(jìn)，培養(yǎng)鍛煉工程設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)隊(duì)伍的成長。示范工程的成功將充分顯示超導(dǎo)輸電的現(xiàn)實(shí)性與優(yōu)越性，從而大大提高人們采用的決心。考慮到盡可能迅速達(dá)到規(guī)?；瘜?shí)際應(yīng)用的需求，有關(guān)材料、裝備、技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化及提高經(jīng)濟(jì)性能的可能性與現(xiàn)實(shí)性，和各階段計(jì)劃能得到持續(xù)的大力支持，重點(diǎn)開展超導(dǎo)線路設(shè)計(jì)、電網(wǎng)分析、布局規(guī)劃、保護(hù)控制、工程建設(shè)、試驗(yàn)評估、線路運(yùn)維等關(guān)鍵技術(shù)研究，考察超導(dǎo)電纜、低溫變流等設(shè)備及線路長期運(yùn)行性能和可靠性，提出與總體分階段路線圖一致的四階段路線圖設(shè)想，供制定國家規(guī)劃與計(jì)劃、部署工作時(shí)參考。

(6)超導(dǎo)材料的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)輸電的基礎(chǔ)。目前，以Bi系超導(dǎo)帶材為代表的第一代高溫超導(dǎo)帶材已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，世界生產(chǎn)能力已達(dá)年產(chǎn)上千公里，為超導(dǎo)電纜等超導(dǎo)電力裝備研發(fā)示范運(yùn)行奠立了基礎(chǔ)。以YBCO涂層導(dǎo)體為代表的第二代高溫超導(dǎo)帶材近年來成為研發(fā)熱點(diǎn)，世界年生產(chǎn)能力也達(dá)數(shù)百公里，但價(jià)格還較高。臨界溫度為125K的 Tl(鉈)系超導(dǎo)體的發(fā)展有可能使高溫超導(dǎo)輸電在液化天然氣(LNG)溫區(qū)(112K)實(shí)現(xiàn)，但實(shí)用導(dǎo)線還在基礎(chǔ)性研究探索階段。根據(jù)我國發(fā)展高溫超導(dǎo)輸電的實(shí)際需求，目前需在國家計(jì)劃大力支持下，認(rèn)真部署研發(fā)工作，提高現(xiàn)有實(shí)用超導(dǎo)帶材性能與單根長度，大幅度降低成本與出廠價(jià)格，擴(kuò)大作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的規(guī)模。對新的和正在探索的臨界溫度更高、性能更好的超導(dǎo)材料，也應(yīng)給予充分的關(guān)注，并期待超導(dǎo)材料在不遠(yuǎn)的將來有新的重大突破。

(7)超導(dǎo)輸電電纜及其配套設(shè)備的研發(fā)成功、產(chǎn)業(yè)化與經(jīng)濟(jì)性能提高到有足夠的競爭力是實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)輸電規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵。高溫超導(dǎo)電纜采用液氮溫度下工作的超導(dǎo)帶材替代常規(guī)輸電的室溫工作的銅鋁導(dǎo)線，其發(fā)展需要解決多方面的相關(guān)技術(shù)，諸如:電纜繞制技術(shù)、低溫電氣絕緣技術(shù)、終端與接頭技術(shù)、低溫杜瓦管技術(shù)、液氮制冷與循環(huán)冷卻技術(shù)、安全運(yùn)行所需的監(jiān)控保護(hù)技術(shù)以及超導(dǎo)電纜敷設(shè)技術(shù)等。自21世紀(jì)初以來，世界及我國已積極進(jìn)行多條高溫超導(dǎo)電纜的研發(fā)，并有多條超導(dǎo)電纜進(jìn)入電網(wǎng)進(jìn)行試驗(yàn)示范運(yùn)行，一些新計(jì)劃正在推進(jìn)，為繼續(xù)前進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。由我國發(fā)展高溫超導(dǎo)輸電的目標(biāo)與分階段路線圖的需求出發(fā)，已有研發(fā)工作尚處于初始階段，隊(duì)伍也比較薄弱，當(dāng)前應(yīng)盡快組成強(qiáng)有力、高水平的國家研發(fā)隊(duì)伍，在國家穩(wěn)定可靠的經(jīng)費(fèi)支持下，主要圍繞“十二五”期間建成公里級超導(dǎo)輸電研發(fā)試驗(yàn)平臺(tái)和為“十三五”期間建成十公里級商業(yè)運(yùn)營示范線做好準(zhǔn)備進(jìn)行工作。至于“十三五”的工作計(jì)劃及2020年實(shí)現(xiàn)百公里級實(shí)用線建設(shè)運(yùn)營的計(jì)劃，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求和技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的情況與問題，逐步明確。

低溫制冷系統(tǒng)是保證高溫超導(dǎo)輸電能安全可靠穩(wěn)定運(yùn)營的重要裝備，其規(guī)模與水平均大大超過現(xiàn)有的低溫制冷系統(tǒng)。應(yīng)按超導(dǎo)輸電分階段路線圖的要求，統(tǒng)一協(xié)調(diào)進(jìn)行有關(guān)研發(fā)、試驗(yàn)運(yùn)行考驗(yàn)與產(chǎn)業(yè)化工作。

實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)輸電技術(shù)評估、工程示范和應(yīng)用推廣的目標(biāo)必須統(tǒng)籌部署、研發(fā)高載流、容量/功率匹配、性能符合要求的換流等一次設(shè)備和監(jiān)控、繼保等二次設(shè)備并實(shí)現(xiàn)線路/系統(tǒng)的科學(xué)規(guī)劃、建設(shè)、管理和運(yùn)營，最終形成與超導(dǎo)輸電容量和性能相適應(yīng)的一、二次配套設(shè)備產(chǎn)業(yè)。

3.2 政策建議

基于上述共識(shí)，對我國大力加速發(fā)展高電壓、長距離、大容量高溫超導(dǎo)輸電有以下主要建議:

(1)從我國輸電系統(tǒng)發(fā)展需求和高溫超導(dǎo)輸電的重大優(yōu)越性出發(fā)，努力提高國家領(lǐng)導(dǎo)與有關(guān)部門對發(fā)展高溫超導(dǎo)輸電重要性的認(rèn)識(shí)，以不失時(shí)機(jī)地盡快實(shí)現(xiàn)其在國家電網(wǎng)發(fā)展中規(guī)?；瘧?yīng)用為目標(biāo)，作為重大項(xiàng)目在國家相關(guān)計(jì)劃中設(shè)立“高溫超導(dǎo)輸電”項(xiàng)目，以國家投入和政策扶持為主，由國家為主導(dǎo)，盡快組織由相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)、各方面技術(shù)專家組成的國家總體專家組，負(fù)責(zé)提出統(tǒng)一協(xié)調(diào)的規(guī)劃、工作計(jì)劃與發(fā)展路線圖，爭取能得到盡快立項(xiàng)，盡早開始實(shí)際工作，總體專家組將負(fù)責(zé)指導(dǎo)與檢查計(jì)劃的實(shí)施。

(2)由于高溫超導(dǎo)輸電屬于前沿高新技術(shù)，其發(fā)展涉及多個(gè)重大科技領(lǐng)域和多方面研發(fā)，產(chǎn)業(yè)化與應(yīng)用行業(yè)與部門的統(tǒng)一協(xié)調(diào)努力，建議在總項(xiàng)目下設(shè)立超導(dǎo)輸電示范工程、超導(dǎo)材料、超導(dǎo)輸電電纜、低溫制冷系統(tǒng)和配套電力設(shè)備五個(gè)分項(xiàng)，各分項(xiàng)應(yīng)大力加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研、用有機(jī)結(jié)合，有效發(fā)揮各自優(yōu)勢，統(tǒng)一協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作。各分項(xiàng)間要按照統(tǒng)一的分階段路線圖，制定自己的分階段路線圖，保證整體工作統(tǒng)一協(xié)調(diào)前進(jìn)。

(3)由于整個(gè)發(fā)展要經(jīng)歷長時(shí)間(約二十年)逐步提高的過程，而目前正處于起步階段，整個(gè)計(jì)劃要有效進(jìn)入國家五年計(jì)劃體系，根據(jù)需求和實(shí)際進(jìn)展，制定相應(yīng)的項(xiàng)目五年計(jì)劃。當(dāng)前應(yīng)首先抓緊“十二五”五年計(jì)劃制定，按照分階段路線圖設(shè)想，大力組建強(qiáng)有力的隊(duì)伍，以建成公里級、百千伏、千安級的國家研發(fā)試驗(yàn)平臺(tái)為目標(biāo)，全面系統(tǒng)地開展關(guān)鍵技術(shù)、材料與裝備的研發(fā)與試驗(yàn)，使平臺(tái)達(dá)到世界先進(jìn)水平，開展多方面研究試驗(yàn)，為“十三五”建成十公里級的商業(yè)運(yùn)營示范線打好基礎(chǔ)?！笆濉庇?jì)劃盡早落實(shí)是當(dāng)前能組織起來，有效開展工作的關(guān)鍵。

(4)人才與隊(duì)伍是能取得成功、快速前進(jìn)的關(guān)鍵，應(yīng)注意加速培養(yǎng)和引進(jìn)高素質(zhì)的科技人才，有計(jì)劃地扶持一些優(yōu)勢明顯的單位，形成面向不同核心技術(shù)的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，成為整個(gè)工作的骨干隊(duì)伍。

［1］嚴(yán)陸光，肖立業(yè)，林良真，等 (Yan Luguang，Xiao Liye，Lin Liangzhen，et al．)．大力發(fā)展高電壓、長距離、大容量高溫超導(dǎo)輸電的建議 (A proposal for development of high-voltage，long-distance，high-capacity high temperature superconducting power transmission)［J］．電工電能新技術(shù) (Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy)，2012，31(1):1-7．

［2］肖立業(yè)，林良真，戴少濤 (Xiao Liye，Lin Liangzhen，Dai Shaotao)．發(fā)展高溫超導(dǎo)直流輸電技術(shù)的意義、目標(biāo)及路線圖 (The significance，target and roadmap of development of high temperature superconducting DC power transmission technology)［R］．咨詢研究分報(bào)告 I (Consulting research report I)，2012．

［3］周孝信，來小康，戴少濤，等 (Zhou Xiaoxin，Lai Xiaokang，Dai Shaotao，et al．)．超導(dǎo)輸電試驗(yàn)示范工程的建設(shè)與運(yùn)營 (Construction and operation of the superconducting power transmission demonstration project)［R］．咨詢研究分報(bào)告 II(Consulting research report II)，2012．

［4］甘子釗，周廉，韓征和，等 (Gan Zizhao，Zhou Lian，Han Zhenghe，et al．)．超導(dǎo)材料的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化與經(jīng)濟(jì)性能提高 (R ＆ D，industrialization and economic performance improvement of superconducting materials)［R］．咨詢研究分報(bào)告 III(Consulting research report III)，2012．

［5］林良真，信贏，唐躍進(jìn)，等 (Lin Liangzhen，Xin Ying，Tang Yuejin，et al．)．超導(dǎo)輸電電纜研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化與經(jīng)濟(jì)性能提高 (R＆D，industrialization and economic performance improvementofsuperconducting power transmission cable) ［R］．咨詢研究分報(bào)告 IV (Consulting research report IV)，2012．

［6］周遠(yuǎn)，王俊杰，羅二倉，等 (Zhou Yuan，Wang Junjie，Luo Ercang，et al．)．大型低溫制冷系統(tǒng)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化 (R＆ D and industrialization of large cryogenic refrigeration system)［R］．咨詢研究分報(bào)告 V(Consulting research report V)，2012．

關(guān)于《電工電能新技術(shù)》變更為月刊的重要啟事

《電工電能新技術(shù)》(ISSN 1003-3076，CN11-2283/TM)創(chuàng)刊于1982年。由中國科學(xué)院主管，中國科學(xué)院電工研究所主辦。30多年來，始終堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)、理論與實(shí)際相聯(lián)系的辦刊方針，一直是中國電氣工程領(lǐng)域權(quán)威性的學(xué)術(shù)期刊之一，在廣大讀者、作者中享有很高的威望。為適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，更好地推進(jìn)科研成果的交流，經(jīng)上級單位批準(zhǔn)，《電工電能新技術(shù)》自2014年1月開始刊期變更為月刊，每月23日出版。

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* 郵局訂閱:郵發(fā)代號(hào):82-364

* 編輯部訂閱:北京市海淀區(qū)中關(guān)村北二街中國科學(xué)院電工研究所《電工電能新技術(shù)》編輯部

郵編:100190 電話:010－82547196

《電工電能新技術(shù)》編輯部

Proposal for development of high-temperature superconducting power transmission

YAN Lu-guang，ZHOU Xiao-xin，GAN Zi-zhao，ZHOU Yuan，LU Qiang，ZHAO Zhong-xian，ZHOU Lian，CHENG Shi-jie，LIU Feng-song，XIAO Li-ye，LIN Liang-zhen，HAN Zheng-he，XIN Ying，DAI Shao-tao，LAI Xiao-kang，TANG Yue-jin，LUO Er-cang，WANG Jun-jie，QIU Ming，LI Bai-qing，YU Kun-shan，GU Hong-wei，REN Li，F(xiàn)ENG Xia，XU Xi
(Consulting Research Group，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China)

This paper analyzes the situation of development and demonstration applications of domestic and foreign high-temperature superconducting power transmission technology．There are many advantages of the high-temperature superconducting power transmission，such as large capacity，low loss，small size，light weight，high reliability，resource conservation and environmental friendliness，etc．It is expected to play an important role in the development of China’s future power grid．This paper also presents the policy recommendations for the roadmap of development of high-temperature superconducting power transmission，and establishment of a‘high-temperature superconducting power transmission’project，and others against our relevant technical and policy aspects and other issues．

high-temperature superconducting power transmission;superconducting cable;future grid

TM725;O511

:A

:1003-3076(2014)01-0001-09

注:周孝信，等．能源變革中電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展預(yù)測與對策研究，內(nèi)部報(bào)告，2012

2013-09-11

中國科學(xué)院學(xué)部咨詢評議項(xiàng)目(2011年12月)

嚴(yán)陸光 (1935-)，男，浙江籍，院士，主要從事能源和電工新技術(shù)研究。