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国际首次!一根超导电缆点亮大湾区第一高楼,揭秘零下196℃的地下世界

2021-10-12 21:22:06来源:城市战争,码头青年

零下196℃的世界,会有多冷?全球最冷的地方是南极洲,那里终年被厚厚冰雪的覆盖,历史最低温度是零下94.5℃。所以,零下196℃,足以冷到世界一片空白,冷到让人想到宇宙停止转动,但在超导人的眼里,这个温度简直是高温,让人兴奋的高温!

国际首次!一根超导电缆点亮大湾区第一高楼,揭秘零下196℃的地下世界

超导人是什么人?超导电缆研发者。

超导体,是一种在特定温度下电阻转变为零的特殊材料。长期以来,这个“特定温度”就是接近绝对零度(零下273℃),难以真正应用;直到上世纪80年代,“临界温度”高于零下196℃附近液氮温区的“高温”超导材料被发现。

从零下273度到零下196℃,足足升高了70多度,虽然还是很冷,但它足以让超导人感到兴奋,因为可以冷却它的液氮很便宜,这意味着它可以大规模应用了。

那么,在哪里可以看到传说中的超导体?其实它并不远,就在你我的身边。

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你绝对想不到,在霓虹闪烁、热火朝天的深圳福田CBD,地下还有一个零下196℃的隐秘世界。这个寒冷至极的隐秘世界,只有400米长、碗口那么粗(直径17.5厘米)。相比于恢弘的深圳CBD而言,不过是一根头发丝的大小,但是它能量巨大,因为592.5米高的深圳第一高楼都能被它罩得住!

国际首次!一根超导电缆点亮大湾区第一高楼,揭秘零下196℃的地下世界

它就像一条深埋于深圳CBD地下的“巨龙”,每日为城市发光发热。

这个隐秘世界的巨龙被称之为:三相同轴高温超导电缆。2021年9月28日,中国首条三相同轴超导电缆在深圳投产,正式为福田中心区的地标建筑平安金融中心供电。

这也是国际上首次在超高负荷CBD区域使用的超导电缆。

肉眼看上去,这根“高能发丝”也没有三头六臂,但它的能量有如孙悟空的金箍棒,输电容量高达43兆伏安,是常规电缆输电能力的5倍,相当于可同时满足4列时速350公里的8编组高铁的用电需求。

令人惊喜的是,这根“高能发丝”不仅力气大,身材还很火辣,因为它瘦啊。

传统的送电方式,一般采用三条分立并行的电缆来输送,而本次投运的超导电缆,只需一条电缆,电缆直径仅有17.5厘米,它节省了一半的超导材料以及2/3以上的电缆铺设空间。

“瘦”的好处是什么?应用超导电缆,将大幅节省电缆的使用和城市地下管网廊道空间。

那么,它是怎么瘦身的?

这种超导电缆的内部,像套娃般一层一层包裹十几层功能材料,从内到外依次有轴心液氮通道、三相的超导体及其绝缘层、铜屏蔽层、第二液氮通道、低温绝热管道和保护层等,因为三相导体在几何上是同轴的,它被称之为三相同轴技术。

这种技术是国际超导电缆制造的“皇冠”,此次已实现全部配件国产化,不用担心被外国人“卡脖子”。

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铜铝导体、超导体、高温超导体

有什么区别?

铜铝导体——

过去城市电力主要依赖电缆内部的铜铝导体传输,但是铜铝导体有电阻,会在传输电能时发热,导致大量电能损耗,制约传输能量的进一步提升。

超导体——

超导电缆利用超导材料的超导特性,使电力传输介质接近于零电阻,电能传输损耗接近于零,从而实现同电压等级的大容量输电。

高温超导体——

1911年,荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯发现了超导体,其临界转变温度接近绝对零度(-273摄氏度),后来科学家相继发现了多种临界温度突破液氮温区(77K,-196摄氏度)的超导体,学术界把这类称为高温超导体。因为相比绝对零度高出70℃左右,故称“高温”。

高温超导输电技术的应用广为广泛,被誉为下一代电力传输战略性技术。

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更让人称奇的是,它还有一个众所周知的独特癖好,它最喜欢的温度是:零下196℃。

零下196℃,正好是液态氮的沸点,超导电缆正是在液态氮的环境中才能冷却到这个温度,然后电阻变成零。

电阻变成零有什么用?电能传输损耗接近于零,线路能量损失降低80%,可以实现低电压等级(10千伏级)的大容量输电。

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低电压、大容量输电的好处是:减少变电站建设,为城市节省宝贵的土地,省电又省地。

传统电缆一般使用铜铝材料,如果要输送大容量电能,就需要先提高电压进行输送,到达用户之前再逐级降压,这就需要在用户附近设置变电站了。

而在城市中心设置变电站,要么找不到位置,要么会被居民抵制。总之,这个家伙不太受欢迎。

但超导电缆一举解决了这个问题,它在输送大容量电能时,靠低电压就可以,相当于点对点送货,不需要变电站这个中间商。

平安金融中心所在的福田CBD,是中国摩天大楼最集中的区域之一,绝对是狼吞虎咽的“电老虎”。而平安金融中心又是这个区域的“带头大哥”,它不仅是深圳第一高楼,同时还是粤港澳大湾区第一高楼。

如此一个用电大户,如果靠传统电缆输电,不仅会有大量的能耗损失,而且还要建拿出宝贵的土地来建变电站。

但这一次使用超导电缆,不仅节省了大量能耗(线路能量损失降低80%),还节省了500平米的变电站建设用地,也减少了和“邻避设施”有关的矛盾。

500平方米,对寸土寸金的深圳CBD来说,不是个小数字。

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如果输电都改用超导或特高压,能节省多少能源?能带来多大效益?

如果能实现高效西电东输,还能有效解决东部的空气污染问题。西部地广人稀,在戈壁大漠里建发电厂,污染气体很容易吹走。

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南方电网深圳供电局组建了国内最牛的研究团队:北交大、中国能建广东院、中天超导、成都新连通、鹏力超低温、华中科大。团队的每一个成员,都是国内相关领域里的大牛。

9 月 28 日,经过这个团队四年的攻关,国内首条 10 千伏 400 米级三相同轴高温交流超导电缆在深圳投产。超导电缆前面的定语比较多,不用细究,总之你知道这项技术很牛就行了。

这条新型超导电缆直径仅 17.5 厘米,长 400 米,输电容量高达 43 兆伏安,相当于可同时满足 4 列时速 350 公里高铁的用电需求,输电能力 5 倍于常规电缆。

本次研制投产的三相同轴构型超导电缆,为结构型式最紧凑、带材用量最少、研发难度最大的超导电缆。项目攻关团队在超导电缆系统总体设计制造、国产大冷量 GM 制冷机研制等多项关键技术取得重大突破,实现关键装备 100% 国产化,填补了国内技术空白。

这是全球首个应用于超大型城市中心区的超导电缆,关键装备 100% 国产化,标志着中国已全面掌握超导电缆的设计、制造和建设的关键核心技术。

近年来,全球范围内特大型城市中心区供电都面临很大挑战。深圳是国内电力负荷密度最大的城市,中央商务区的负荷密度更是 " 高峰上的高峰 "。这个项目 " 一揽子 " 解决了高供电可靠性、高负荷密度、高电能质量、土地资源受限的现实难题,也为全球解决超大型城市类似问题提供了新方案。