作者：@天涯爱科学
近日，多家媒体都报道了一条令人兴奋的消息：世界最长高温超导输电线路缆商业化示范段于12月22日在上海正式投运，按原计划成功实现输送电。这是目前世界上距离最长、输送容量最大、全商业化运行的35千伏超导电缆输电工程。
什么叫做高温超导呢？超导大家都已经很熟悉了，1911年发现超导体时，世人就被其奇特的性质所吸引：零电阻，反磁性，和量子隧道效应等。但在此后很长的一段时间内，所有已发现的超导体都只是在极低的温度23K下才显示出超导性质。23K为绝对温度，相当于-250°C左右，这种温度在现实生活中很难达到，因此，其实用意义不大。由于工业上比较容易得到的低温介质是液氮，而氮的沸点为-196°C（77K）。所以，科学上把77K这个临界温度称为“温度壁垒”， 直到1987年90K超导体的发现，才第一次实现了液氮温度（77 K）这个温度壁垒的突破，此后，超导材料的实用性才逐渐得以实现。现在所说的高温，是指77K，即-196°C，这是相对于过去20多K而言的，并非是大家所理解的日常温度甚至几百度。
那么，如何在-196°C下实现超导输电呢？我们看看下图就可以明白了。
高温超导电缆
如图所示，液氮从内管向外管流动，超导材料则套在内外管之间，当液氮流动时，超导材料就会得到冷却。
上海市35千伏公里级超导电缆示范工程主要有以下4个特点。
全长1.2公里，为世界最长。由于冷却条件及材料等限制，过去高温超导线路一直都很短，只能在数十米至百米左右的长度下运营。国内过去一个比较成功的案例是上海宝钢集团示范工程，该工程在2013年建成，运营长度仅为50米。虽然长度有限，但是连续多年的稳定运行为后续其它工程积累了宝贵的经验。
上海宝钢超导示范工程
在这个基础之上，超导电缆运营长度不断取得突破，今年9月份，深圳市向大湾区第一高楼深圳市平安金融中心供电的一条超导电缆更是长达400百米，创下了国内最长记录。然而仅仅过了三四个月，上海示范段就后来居上，一举突破了1000米，成为世界之最。
深圳市平安金融中心
据负责上海市示范工程的公司奥盛集团称，该公司的一根超导电缆可替代九根相同电压等级的传统电缆。换句话来说，同样电压等级的电缆，输电容量可以扩大9倍。原来是四回共计12根35千伏的常规电缆，现在只需要一回35千伏超导电缆线就可输送同等电量，其效益是十分显著的。
而应用于深圳平安金融中心的超导电缆，直径仅有17.5厘米，但输电容量就高达43兆伏安，为常规电缆的5倍，相当于可同时满足4列时速350公里高铁的用电需求。
在液氮温度下（约-196℃），超导电缆的电阻几乎为零，加上一些转接头的损耗，整体导体损耗不足常规电缆的1/10。即使算上液氮制冷的能量损耗，其运行总损耗也仅为常规电缆的50%～60%；如果用于直流输电，电网线损更能降低70%以上。
现代城市特别是超级城市寸土寸金，而且地下管网如蛛网密布，建设管网成本极高。现在一条35千伏超导电缆就能达到传统220千伏电缆的输送容量，可以替代8～9条相同电压等级传统电缆，和过去相比，可节省70%的地下管廊空间。同时，一公斤超导电缆能完成77公斤普通电缆的输电量，可以大大节省传统铜材用量，经济效益十分可观。
此外，高温超导电缆还具有污染少（相对于充油电缆）、低噪音，电磁辐射低等等优点。
高温超导电缆
就在高温超导技术逐步走向商业化的同时，有科学家提出，既然高温超导要用到液氮来做冷却剂，那么，电缆中原来流通液氮的管路能不能换成流通液化天然气？这样，同一条线路，一边输送电力，一边输送液化天然气，岂不是一举双得？液化天然气的温度-161.5℃，仅仅比液氮高30多度，只要找到合适的高温超导材料，就能解决这个问题。而中国科学家就把这个开创性的设想变成了现实！
2021年8月份，在河北省霸州市的国家电网公司特高压杆塔试验基地，由中国电科院牵头的世界首个电力与液化天然气（LNG）混输超导直流能源管道样机完成了24小时满负荷运行试验。试验中，运行电压±100千伏，运行电流1000安培，而液化天然气输送流量达到了每分钟100升。
中国电科院电力与液化天然气（LNG）混输超导直流能源管道样机（河北霸州）
高温超导电缆毕竟因为成本高、技术积累少等不足之处，暂时还没有用在百千米级以上的线路之中。目前将首先应用于短距离传输电力的场合（如发电机到变压器、变电中心到变电站、地下变电站到城市电网端口）及钢铁厂、电镀厂、发电厂和变电站等短距离传输大电流的场合，以及大型或超大型城市电力传输的场合。相信经过一段时间的技术积累，特别是电力与液化天然气（LNG）混输技术成熟后，高温超导技术在中长远距离的电力传输方面将逐步得以实现，到时候可能只需要简单的复制粘贴就行了。
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