超导输电的现状与发展

超导输电的现状与发展

电气1312 汤利文 9号

摘要：超导是一项尖端的技术，有所突破之后，对于人们来说会有非同一般的意义。而电的运输更是与我们的生活息息相关，有了超导技术的运用，输电将会变得极致高效。超导输电技术已逐步从实验走向生活，卓越的性能已被认可，具有良好的前景。

关键词：高温超导电缆；原理；节能；发展

引言：随着经济和社会的发展，人们对电能的需求量日益增长，使得电力系统各部分电气紧密连接，电力系统向更大规模方向发展，对电能品质和供电可靠性提出更高要求，对电气设备的环保要求和节能要求更严格。由于中国电力资源和负荷分布不均，使得长距离输电成为必然。而电能在传输中的损耗成为急需解决的突出问题。据统计，传统电线或电缆受铜、铝等基本导电材料电导率限制，2007 年中国在输变电过程中的损耗大约为7.5%(其中线路损耗约占70%左右)。为减少电能输变电过程中的损失，也需采用新型输电方式来实现资源节约型电能输送。作为智能电网基础技术之一，高温超导电缆采用具有很高传输电流密度的高温超导材料作为导体，其诸多优点已在电力工业中引起了越来越多的关注。使用了超导输电之后，那么就可以完全没有电能损失了，这样甚至可以取消目前普遍的高压传输。使用

了超导输电之后，那节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。

原理：

在很低的温度下，物体的所有的电子速率降低，价电子运转在固定的平面上，达到临界温度，价和电子运转速率越来越低。核心习惯于常温下的核外电子快速运转，价和电子运转缓慢，造成了原子暂时缺失价电子的现象。核心就挪用相邻核心的价电子，相邻核心又挪用，所有的核心都向某一方向近邻挪用，于是就形成外层电子公用。这种核外层电子公用的状态就是物质的超导态，核外层电子处于公用的状态的物体就是超导体。通俗的讲，超导电缆的电阻非常小，而电缆在传输电能过程中主要的损耗就是电阻造成的。精确的讲，超导电缆还有特殊的结构，因为在交流系统中的阻抗不仅仅是电阻，总的来说，超导电缆有极小的导体电阻和系统阻抗，以大大降低电能传输过程中的损耗。

高温超导电缆：

英语全称High-Temperature Superconducting Power Cable，它由电缆芯、低温容器、终端和冷却系统四个部分组成。其中电缆芯是高温超导电缆的核心部分，包括骨架层、导体层、绝缘层和屏蔽层等主要部件。

高温超导电缆是采用无阻的、能传输高电流密度的超导材料作为导电体并能传输大电流的一种电力设施，具有体积小、重量轻、损耗低和传输容量大的优点，可以实现低损耗、高效率、大容量输电。高温超导电缆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。

优势：

超导电缆与常规电缆相比，具有明显的优势：一是损耗低、节省能源。超导电缆采用在液氮汽化温度下（约－196℃）无电阻地传输大电流，导体损耗不足常规电缆的1/10，加上制冷的能量损耗，其运行总损耗也仅为常规电缆的50%～60%；二是容量大。同样截面的超导电缆的电流输送能力是常规电缆的3～5倍；三是节约材料。具有同样传输能力的超导电缆与常规电缆相比，使用较少的金属和绝缘材料；四是无污染。超导电缆没有造成环境污染的可能性，而充油常规电缆存在着漏油污染环境的危险；另外，超导电缆还具有低噪音的特性。

从长远来讲，超导电缆的应用还使长距离直流输电技术变得容易和经济。用于直流输电，超导电缆会使电网线损降低70%以上，显示出更好的经济效益。由于超导电缆传输电力的能力是传统常规电缆的3～5倍，所以使用超导电缆还可以节约输电系统的占地面积和空

间，节省大量宝贵的土地资源，相应地保护了生态环境。

发展：

据2000年美国应用超导会议预测，预计到2020年，全世界现有总长约13万公里的地下电缆将可能被高温超导电力电缆陆续取代。现阶段，高温超导技术在国外多应用于电力方面的超导电缆、超导电机、超导变压器、飞轮储能、限流器，美国、丹麦、德国、日本、中国、法国等国家正在研发高温超导电缆实用化技术。

2002年美国能源部启动7个超导应用技术项目，其中有2个千米级水平的高温超导电缆项目，总投资1.17亿美元，2004年底完成；2002年韩国政府启动一个30米高温超导电缆项目，2004年底完成。2008年4月22日，美国纽约长岛电力局（LIPA）和美国超导公司联合宣布世界上第一条高温超导电缆已于同日在商业电网中投入运行。

纽约市已经宣布启动名称为Project Hydra的计划，即九头蛇计划，其主要框架就是2010年启动的曼哈顿电网升级改造，它也将使用美国超导体公司开发的液氮冷却系统和超导电缆，以实现纽约电力体系更加可靠的运转。就美国而言，示范的商业化项目，其带头作用也是巨大的，它可能导致内爆效应，也可能成为改革时尚，九头蛇计划的启动为美国启动国家统一电网的超导技术改造打开了阳光大道。

中国第一组实用超导电缆的已经顺利并网运行，表明我国超导电缆的技术已趋于成熟，对我国的电力系统的发展具有深远的影响。超

导电缆在我国电网干线及输电瓶颈线路的应用将有利于提高电网的安全性和可靠性。在长距离大容量输电时，超导电缆在系统综合性能上具有无可比拟的优势，从长远上将根本解决我国“西电东送”等长距离大容量输电问题。

前景：

电线电缆行业统计资料表明，我国10千伏及以上交联聚乙烯绝缘电力电缆的年需求量约为10万公里，假如其总量的5%被高温超导电缆所取代，则高温超导电缆在我国每年的需求总量将会达到5000公里。

据预测，到2020年超导应用的全球市场将达到2440亿美元（约为15164亿人民币），高温超导电缆约占5%的份额。全世界现有总长约13万公里的地下电缆将可能被高温超导电力电缆陆续取代。因此，高温超导电缆的市场前景非常广阔。

结论：

电与我们的生活紧密联系，我们也渐渐离不开电，电带给我们的好处实在是太多了，真没想像过没了电会怎样，它已经在我们的生活中已经深深的扎了根。超导技术是一项有着前景以及钱景的科技，人在发展它的同时，不但会给自身带来财富，更会给更多的人类带来