零下196攝氏度，一個地球極點都難以達到的溫度，卻能在上海市中心的地下找到。12月22日，世界首條35千伏公裡級超導電纜示範工程在滬投運，輸送容量最大、線路最長、全商業化運作，這1.2公裡的線路為何具有突破性意義？它攻克了哪些技術難點？未來又将有怎樣的發展應用前景？問題的答案，就藏在中國超導産業創新“熱”度裡。
小通道、大容量的“高冷範”
剖開一根超導電纜，可以發現其内部結構好似一支“三色原子筆”。三股互相絕緣的超導線纜，像三根“筆芯”。實際運作時，“三色原子筆”裡将充滿液氮，給線纜提供低溫的環境，進而發揮超導材料的特性。
“這樣的結構設計，使得超導電纜傳輸容量更大，安全性更高，電纜外部幾乎沒有任何電磁輻射，更适合超大城市電網的‘實戰’需求。”上海國際超導科技有限公司總經理宗曦華說。
12月22日拍攝的超導電纜終端。新華社記者丁汀攝
超導輸電是當今電力行業最具革命性的前沿技術之一。其原理是在零下196攝氏度的液氮環境中，利用超導材料的超導特性，使電力傳輸媒體接近于零電阻，電能傳輸損耗趨近于零，進而實作低電壓等級的大容量輸電。“一條35千伏超導電纜可以替代4至6條相同電壓等級的傳統電纜，可以節省70%的地下管廊空間。”國網上海電力總工程師謝偉說。
小通道、大容量的特性，使得超導電纜在傳輸效能和空間經濟性上具備顯著優勢，在城市中心區域用電負荷快速增長、地下通道資源緊張的趨勢下，超導電纜的落地應用無疑是為解決負荷熱點地區的供電“卡脖子”問題打開一個全新“氣口”。
此次投運的超導電纜工程選址位于上海市中心田林地區，這個工程創造了多項“世界紀錄”。宗曦華介紹，目前世界上正式運作的公裡級超導電纜項目一共有三個，我國就擁有其中之一，其他兩個分别在南韓和德國，“從各項名額看上海項目稱得上是目前世界上輸送容量最大、輸送距離最長的商業化運作超導電纜工程。”
從實驗室走向實戰 一項項“填空白”
為了将技術從藍圖變為現實，參與各方付出了巨大努力。宗曦華說，以電纜的絕熱套管為例，内外超過200攝氏度的溫差，加上數萬伏的高壓、數千安培的電流——解決這些絕熱、絕緣、密封和強度方面的難題，已經相當不易。
“此外，我們的工程周圍有醫院、居民區、酒店，還有民防工程，複雜的環境意味着超導電纜不可能走直線，而此前國外實際投入營運的超導電纜項目全部為短距離實驗或直線點對點供電用途，複雜環境下超導電纜的敷設要求及相關參數資訊基本空白。”謝偉說。
12月22日拍攝的上海35千伏公裡級超導電纜工程建設圖。新華社記者王默玲攝
國網上海電力科技部副主任楊建平指着工程建設圖說：“線路上有很多個轉角，前後地勢還存在數米的落差，對于普通電纜不是問題，但對于結構非常複雜的超導電纜來說，一旦解決不好轉角彎折和落差敷設問題，就容易把真空層破壞掉，使得材料失去超導特性。整個建設過程對于牽引力的計算要求非常高，我們在此期間也進行了大量的測試、分析。”
據了解，此次35千伏公裡級超導電纜工程項目核心技術國産化率達100%，并填補多項國際标準空白。圍繞超導電纜的規劃設計、運作維護、繼電保護等，項目團隊累計申請發明專利30餘項。
“超導+”繪就制造業新藍圖
超導産業是上海重點培育的新興産業之一，近15年來，上海科技、産業部門接力推進，形成了從超導材料到電纜內建的核心能力。
“新材料是制造業創新的上遊源頭。多年來，科研人員甘心坐冷闆凳，企業則做好‘錢掉進黃浦江，幾年聽不見聲響’的準備，才有最終的産出。”奧盛集團董事長湯亮說，緊抓新材料研發不松手，就像是植樹造林一樣，最終能達到“一樹百獲”的效果。22日，上海超導制造業創新中心同步揭牌，以服務國家重大能源戰略和催生新興産業為導向，推動超導技術與電力能源、大科學裝置、醫療、軌道交通等關鍵領域的深度融合。
比如，在生命健康領域，目前臨床診斷用超導磁共振産品主要有1.5T和3.0T兩個規格，随着超導磁體技術的提高，7T及更高磁場強度的磁共振超導磁體及成像技術逐漸成熟，可以為蛋白質結構生物學、藥學、臨床醫學等研究領域提供可靠的高清晰成像研究平台。
宗曦華表示，目前超導材料的“身價”還比較高，随着産業化不斷推進、應用場景越來越豐富，其成本有望大幅下降，進而在更多領域加速實作“樣品”變“産品”。（記者王默玲、龔雯）