Page 12 - 电力与能源2024年第一期
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6                          杨舒婷,等:超导电缆的研究现状与前景分析

                冷费用。综上,目前超导电缆本身的经济性远低                            3.4 应用前景分析
                于传统电缆,但随着超导带材价格的下降,超导电                           3.4.1 应用场景
                缆会非常有竞争力。                                           (1)应用于输电通道狭窄的地区。在大城市
                3.2 安全性分析                                        的核心区域,由于负荷集中、人口密度大,寸土寸
                    超导电缆的安全性包括自身安全性和对电网                          金,地下通道空间非常紧张。中国 2021 年在上海

                的安全影响两个方面。                                       和深圳上网的两条超导电缆均是解决这类应用场
                    超导电缆和传统电缆的结构差异主要表现在                          景需求的探索。
                两个方面:一个是材质的差异,传统电缆以铜和铝                              (2)应用于变电站内的大电流传输母线。传
                为线芯,而超导电缆采用 Bi-2223 材料为导体;另                      统的大电流传输方案通常采用多根电缆并联输
                一个是超导电缆中有绝热层,而传统电缆没有。                            电,电能损耗较大;而变电站内高温超导电缆的应

                这种结构上的特殊性为监控电缆提供了便利。可                            用可以同时降低损耗以及所需电缆的数目。
                以说当技术成熟时,超导电缆的安全可靠性不输                               (3)建立低碳示范区。一方面直流超导电缆
                于传统电缆。                                           凭借其低电压、大容量的优势非常适合风电、光伏
                    日本东京电力公司 66 kV/200 MVA 超导电                   等可再生能源的接入,另一方面超导电缆的碳排
                缆分别于 2012 年和 2017 年先后两次在横滨成功                     放相较于传统电缆低 30% 以上,因此可以尝试建
                并网运行,证明了超导电缆系统长期运行的可靠                            设以可再生能源为主发电、超导电缆为供电线路

                性。文献[20]研究了超导电缆制冷系统故障和过                          的低碳示范区,展示低碳绿色发展理念。
                热保护对配电网可靠性的影响,结果表明含超导                               (4)替换海底电缆。传统的海底电缆由于周
                电缆的配电网的可靠性低于传统电网,但通过适                            围 土 壤 的 影 响 而 散 热 困 难 ,额 定 功 率 降 低 了
                当的方案改造,超导电缆的接入可以有效提升配                            30%~40%,内部冷却且不存在热辐射的高温超

                电网的可靠性指标。                                        导电缆是传统海底电缆有效的替代方案。
                    综合来看,随着超导电缆并网技术的研究深                             (5)应用于长距离、大容量输电。直流高温超
                入,其安全性不会低于传统电缆。                                  导电缆容量大、损耗极小,为由能源中心向负荷中
                3.3 碳排放分析                                        心远距离输电提供了新方案。
                    以最新应用的上海千米级高温超导电缆为                              (6)可与低温燃料多种能源混合运输。将液
                例,选择与其载流量相当的同样以排管敷设的双                            化天然气与超导电缆混输或将液氢与超导电缆混
                回路 1 200 mm 传统电缆进行碳排放对比,结果                       输的多种能源混输模式,可平摊制冷费用,降低制
                              2
                见表 2 [19] 。                                      冷成本。
                                                                 3.4.2 前景展望
                   表 2 超导电缆工程与传统电缆工程碳排放对比
                                                                     随着超导电缆成本的下降和应用技术的提
                      碳排放量           超导电缆         传统电缆
                    生产过程排放/t           267          388          升,展望超导电缆会经历以下 3 个阶段,见图 3。
                  运行过程排放/(t·a )        879          929
                              -1
                                                                    (1)示范应用阶段。目前,超导电缆尚处于示
                    由表 2 可以看出,在生产过程中由于原材料                        范应用的前期阶段,预计不久的将来会有多个应
                的不同,超导电缆的碳排放较传统电缆具有较大                            用场景的示范工程,更有数百条超导应用线路,应
                优势,约为传统电缆的 69%;在运行方面,由于超                         用技术得到显著提升,超导带材的价格也将逐渐

                导电缆需要使用制冷系统,其碳排放优势并不明                            降低。
                显,约为传统电缆工程的 95%。综合来看,超导                             (2)微网应用阶段。当超导电缆的成本不高
                电缆相较于传统电缆的碳排放还是优势明显,符                            且应用技术基本成熟时,超导电缆将进入网络化
                合全球能源发展低碳化、清洁化的趋势。                               应用阶段,一个微型网络里全部采用超导电缆输
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