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
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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
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(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