高溫超導(dǎo)電纜特點(diǎn)及應(yīng)用

高溫超導(dǎo)電纜適用于大容量高負(fù)荷密度的輸電，一般認(rèn)為CD絕緣高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體電流可以達(dá)到10kA或以上。與常規(guī)電纜相比較，CD高溫超導(dǎo)電纜在相同傳輸容量條件下，具有電纜尺寸較小和傳輸電流大、輸電容量大的優(yōu)勢(shì)，可以取代常規(guī)電纜，如充油電纜、交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電用于城市地下輸電網(wǎng)，解決城域市地下電走廊擁擠無法敷設(shè)電纜線路的困難;或者利用現(xiàn)有地下電纜排管設(shè)施，用高溫超導(dǎo)電纜取代現(xiàn)有常規(guī)電纜增加傳輸容量。這類高溫超導(dǎo)電纜額定電壓為35～10kV，傳輸電流至2kA或以上，傳輸容量至400MWA左右。高溫超導(dǎo)電纜另一重要應(yīng)用場(chǎng)合是采用高溫超導(dǎo)電纜將特大傳輸容量(容量可達(dá)1000MAA以上)電力傳輸進(jìn)入城市負(fù)荷中心。如果采用常規(guī)電纜將100MVA以上負(fù)荷傳輸進(jìn)入城市負(fù)荷中心，必須采用額定電壓500kV電纜，如500 KV XLPE電纜，并在中心城區(qū)或靠近區(qū)域建設(shè)500kV變電站，但變電站選址十分困難;若采用大長(zhǎng)度500 KV XLPE電纜系統(tǒng)，所必需的高可靠性的500 KV XLPE連援接頭僅有日本可以提供產(chǎn)品，內(nèi)無法近期開發(fā)。采用特大傳輸容量的高溫超導(dǎo)電纜，額定電壓只需11kV，就可傳輸容量1000MW，CD絕緣的高溫超導(dǎo)電纜將是常規(guī)500kV電纜最有竟?fàn)幜Φ奶娲桨?。

電線電纜行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料表明，我國(guó)10千伏及以上交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的年需求量約為10萬公里，假如其總量的5%被高溫超導(dǎo)電纜所取代，則高溫超導(dǎo)電纜在我國(guó)每年的需求總量將會(huì)達(dá)到5000公里。

據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年超導(dǎo)應(yīng)用的全球市場(chǎng)將達(dá)到2440億美元（約為15164億人民幣），高溫超導(dǎo)電纜約占5%的份額。全世界現(xiàn)有總長(zhǎng)約13萬公里的地下電纜將可能被高溫超導(dǎo)電力電纜陸續(xù)取代。因此，高溫超導(dǎo)電纜的市場(chǎng)前景非常廣闊。

高溫超導(dǎo)電纜是采用無阻的、能傳輸高電流密度的超導(dǎo)材料作為導(dǎo)電體并能傳輸大電流的一種電力設(shè)施，具有體積小、重量輕、損耗低和傳輸容量大的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)低損耗、高效率、大容量輸電。高溫超導(dǎo)電纜將首先應(yīng)用于短距離傳輸電力的場(chǎng)合（如發(fā)電機(jī)到變壓器、變電中心到變電站、地下變電站到城市電網(wǎng)端口）及電鍍廠、發(fā)電廠和變電站等短距離傳輸大電流的場(chǎng)合，以及大型或超大型城市電力傳輸?shù)膱?chǎng)合。

高溫超導(dǎo)電纜的傳輸損耗僅為傳輸功率的0.5%，比常規(guī)電纜5-8%的損耗要低得多。在重量、尺寸相同的情況下，與常規(guī)電力電纜相比，高溫超導(dǎo)電纜的容量可提高3-5倍、損耗下降60%，可以明顯地節(jié)約占地面積和空間，節(jié)省寶貴的土地資源。用高溫超導(dǎo)電纜改裝現(xiàn)有地下電纜系統(tǒng)，不但能將傳輸容量提高3倍以上，而且能將總費(fèi)用降低20%。利用高溫超導(dǎo)電纜還可以改變傳統(tǒng)輸電方式，采用低電壓大電流傳輸電能。因此，高溫超導(dǎo)電纜可以大大降低電力系統(tǒng)的損耗，提高電力系統(tǒng)的總效率，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2019年2月21日，從上海市經(jīng)信委獲悉，我國(guó)首條公里級(jí)高溫超導(dǎo)電纜示范工程在上海寶山城市工業(yè)園區(qū)正式啟動(dòng)。作為我國(guó)超導(dǎo)電纜實(shí)用產(chǎn)業(yè)化起步的重要標(biāo)志，這一示范工程預(yù)計(jì)2019年底實(shí)現(xiàn)掛網(wǎng)運(yùn)行，并將成為上海加快超導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要突破口、全力打響“上海制造”品牌的重要舉措。

本書系統(tǒng)完整地介紹了利用高溫超導(dǎo)體構(gòu)建電力傳輸電纜的原理、技術(shù)及其應(yīng)用，包括各種高溫超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)、原理、裝置和系統(tǒng)，以及高溫超導(dǎo)電纜未來的各種系統(tǒng)應(yīng)用。讀者通過本書可以全面了解高溫超導(dǎo)電纜及其能源傳輸新技術(shù)，主要包括高溫超導(dǎo)電纜的工作原理、設(shè)計(jì)模式、實(shí)用結(jié)構(gòu)及其電力系統(tǒng)應(yīng)用特性的核心理論和技術(shù)；深入理解高溫超導(dǎo)電力應(yīng)用的基礎(chǔ)原理與相關(guān)實(shí)際技術(shù)，以及了解構(gòu)建未來高溫超導(dǎo)智能電網(wǎng)及能源互聯(lián)網(wǎng)的新概念。

隨著電力輸配電系統(tǒng)提出更大容量更高效率的需求，大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜未來將在輸配電系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。本項(xiàng)目研究大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體在不同運(yùn)行階段沿長(zhǎng)度方向上不同通電導(dǎo)體段的電流動(dòng)態(tài)分布問題，探索大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體在整流器輸出大直流電疊加小交流諧波時(shí)的諧波損耗問題，提出大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體冷熱循環(huán)疲勞判據(jù)和過流穩(wěn)定性判據(jù)，本項(xiàng)目的研究成果將為大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜的設(shè)計(jì)、保護(hù)及在大容量輸配電系統(tǒng)中的應(yīng)用提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，對(duì)進(jìn)一步加速超導(dǎo)電力技術(shù)實(shí)用化進(jìn)程的步伐，具有十分重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。

隨著電力輸配電系統(tǒng)提出更大容量更高效率的需求，大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜未來將在輸配電系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。本項(xiàng)目研究大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體在不同運(yùn)行階段沿長(zhǎng)度方向上不同通電導(dǎo)體段的電流動(dòng)態(tài)分布問題，探索大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體在整流器輸出大直流電疊加小交流諧波時(shí)的諧波損耗問題，提出大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜通電導(dǎo)體冷熱循環(huán)疲勞判據(jù)和過流穩(wěn)定性判據(jù)，本項(xiàng)目的研究成果將為大電流長(zhǎng)距離直流高溫超導(dǎo)電纜的設(shè)計(jì)、保護(hù)及在大容量輸配電系統(tǒng)中的應(yīng)用提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，對(duì)進(jìn)一步加速超導(dǎo)電力技術(shù)實(shí)用化進(jìn)程的步伐，具有十分重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。