一根1.2千米长的超级电缆,已在徐家汇地下稳定运行4年多,为上海体育馆等核心区域4.9万户客户持续供电。
在最繁华的市中心,地下密布地铁、管廊,地上高楼鳞次栉比,用电需求仍在增长,新的变电站却无处可建。这是全球超大城市共同面临的难题,上海正在用一种超级技术给出答案。
地下的超级动脉:能量高、占地小、浪费少
在上海徐汇区地下约4米深处,上海35千伏公里级超导输电示范工程已安全稳定运行超过4年。这是世界上输送容量最大、距离最长、接头数量最多,且实现全商业化运行的35千伏超导电缆输电工程。
截至今年4月20日,它已累计向4.9万户客户输送电量超过8.5亿千瓦时,服务区域覆盖徐家汇商圈、上海体育馆等用电负荷高度密集的核心地段。
如果用同电压等级的传统电缆,要达到同样的输送能力,至少需要4到6根。上海市南供电公司专家黄川解释说。超导电缆可以实现大功率送电,1条35千伏超导电缆的供电能力相当于一条220千伏线路加一台主变压器,可大幅减少变电站建设占地需求。
什么是超导?给电流铺一条无摩擦的高速公路
普通金属导线有电阻,电流通过时会发热损耗,全球每年因输电损耗的电量占总发电量的5%至10%。而在特定温度下,超导材料的电阻会消失,电流可近乎零损耗地传输。
上海这条超导电缆采用国产第二代高温超导带材,在零下196摄氏度的液氮环境中工作,成本可控、技术成熟。工程师为其配备了主动式液氮循环制冷系统,就像给电缆装上了恒温空调。同时,针对材料冷缩的问题,设计了蛇形伸缩弧敷设和主动位移补偿系统,电缆可以像弹簧一样伸缩自如,确保长期稳定运行。
不止送电:还有一个占地不到6平方米的静音卫士
超导在上海电网的应用不只是一根电缆。今年年初,世界首台空心环形超导并联电抗器在闵行主城区投运。它占地不到6平方米,能有效平抑电网电压波动,提升供电质量,服务着周边2.2万户居民和多所学校。
传统空心电抗器体积大,铁芯电抗器噪声大,而空心环形超导并联电抗器同时解决了这两个问题。环形空心的设计可以完全去除铁芯产生的振动,从而极大地减小噪声,有效减少占地面积。上海电科院工程师徐晴川介绍。
为什么是上海?超前布局20余年
两项超导电力装备均采用全国产化第二代高温超导带材,实现了从材料到装备的100%自主可控。
早在2005年,上海就开始布局高温超导技术研究,组建产学研用联合攻关团队,此后又陆续布局超导限流器、超导变压器、超导磁储能等应用。如今,上海已形成全球最完备的高温超导产业链之一,成为我国超导产业化和工程化应用的先锋城市。
超导的更多可能:可以改变城市电网
超导材料还有一个隐藏技能天然限流。一旦所在电网回路发生短路,超导体会瞬间失超,电阻急剧上升,自动切断故障电流,提升电网安全性。
随着人工智能、云计算的发展,大型数据中心功耗巨大,散热成为突出矛盾。业内专家认为,超导母线是破解未来算力与能耗矛盾的重要方向。同时,随着技术成熟和产业带动,超导材料价格下降趋势明显。
国网上海电力科技部副主任黄华表示,超导是城市电网向高效、绿色、智能升级的关键方向之一。在上海市政府和国家电网公司支持下,国网上海电力已搭建电力超导定向培育实验室等多个科研平台,正围绕更长距离电缆、更多种类设备、更高效的运维技术持续攻关。
从地下静静送电的超级电缆,到变电站里悄无声息稳住电压的静音卫士超导,正在从实验室加速跑进城市的肌理。
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