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文|波克

編輯|波克

大家最近有沒有聽說，美國要在芝加哥搞個超導輸電的大項目？說是能做到電力傳輸零損耗，這可把不少人給震驚了。

咱們國家的特高壓技術可是世界領先的，現(xiàn)在美國突然冒出個超導輸電，聽起來比特高壓還厲害。這到底是怎么回事？咱們引以為傲的特高壓技術真的要被美國的新技術給比下去了嗎？

液氮降溫下的電力革命到底有多神奇

超導輸電這個東西，說白了就是讓電流在傳輸過程中一點都不損耗。大家知道嗎，咱們家里用的電，從發(fā)電廠送過來的路上其實浪費了不少。

就拿最先進的特高壓線路來說，電從新疆送到上海，路上也得損失百分之三到五的電量。這聽起來不多，可全國一年算下來，浪費掉的電夠幾百萬人用一整年了。

超導材料的神奇之處在于，只要把溫度降到零下196度，電阻就變成零了。電流通過的時候就跟沒有阻礙一樣，一點損耗都沒有。零下196度是個什么概念呢？咱們東北最冷的時候也就零下四五十度，而這個溫度能把空氣都凍成液體?？茖W家們在1986年就發(fā)現(xiàn)了這種材料，到現(xiàn)在已經(jīng)快40年了。

實現(xiàn)超導輸電需要把電纜做成空心的，里面不停地灌液氮來保持低溫。外面再包上厚厚的保溫材料，就像給電纜穿了件超級羽絨服。這樣電流在里面跑的時候就暢通無阻了。聽起來是不是特別簡單？可實際操作起來，難度大著呢。

上海的超導電纜已經(jīng)悄悄運行兩年了

很多人不知道，咱們國家其實早就在搞超導輸電了。上海有一條1.2公里長的超導電纜，從2021年底就開始工作了。到2023年夏天的時候，這條電纜已經(jīng)輸送了差不多3億度電，連續(xù)運行了600多天都沒出問題。

這條超導電纜雖然只有1.2公里，可本事不小。一條超導電纜的輸電能力，相當于普通電纜的四到六倍。也就是說，原來需要六根電纜的地方，現(xiàn)在一根就夠了。這對寸土寸金的大城市來說，可省了不少地方。

上海這個項目最讓人驕傲的是，從超導材料到制冷設備，全都是咱們自己造的。沒有依賴任何國外技術，完全是中國制造。運行兩年多來，系統(tǒng)一直很穩(wěn)定，證明咱們的技術水平確實達到了國際先進水平。

可為什么這么好的技術，到現(xiàn)在還只有這么一小段在用呢？原因很簡單，太貴了。超導材料本身就比銅線貴好幾倍，再加上制冷設備、保溫系統(tǒng)，成本高得嚇人。

美國人的新點子能行得通嗎

美國那邊有家叫Veir的公司，想出了個挺有意思的辦法。他們不像傳統(tǒng)做法那樣讓液氮在封閉管道里循環(huán)，而是讓液氮直接在電纜里蒸發(fā)掉。每隔一段距離建個回收站，把蒸發(fā)的氮氣收集起來，重新變成液氮再用。

2023年的時候，他們在馬薩諸塞州鋪了30米的試驗線路。別看只有30米，輸電能力提高了五到十倍。這個數(shù)字確實挺吸引人的。按照他們的計劃，2026年要在芝加哥搞個大規(guī)模的商業(yè)試點。

可問題是，30米的試驗線路和實際應用差得太遠了。想想看，每隔一段距離就要建個液氮回收站，這得花多少錢？每個回收站都需要專門的設備和人員維護，一旦某個站點出問題，整條線路都可能癱瘓。

美國能源部對這個項目寄予厚望，認為這可能改變整個電力傳輸?shù)母窬?。可業(yè)內(nèi)人士都知道，從實驗室到實際應用，中間有太多坑要踩。很多看起來很美好的技術，最后都敗在了成本和可靠性上。

算算賬就知道為啥推廣不了

咱們來算筆賬。全世界的電網(wǎng)線路加起來有幾千萬公里，如果都換成超導材料，光材料費就是個天文數(shù)字。更要命的是，這還不是一次性投入就完事的。

從新疆到上海，幾千公里的線路，要一直保持零下196度。這意味著要不停地往里面加液氮。液氮雖然不算太貴，可架不住用量大啊。每公里線路每天要消耗多少液氮？這些液氮從哪來？怎么運？怎么儲存？每個環(huán)節(jié)都是錢。

算下來，光是液氮的成本，可能就比現(xiàn)在損耗那百分之三到五的電還要貴。這還不算設備維護、人工成本這些。德國在埃森建了1公里的超導線路，美國在芝加哥建了200米的地下超導線路，為啥都這么短？就是因為太貴了，根本鋪不起長的。

維護也是個大問題。傳統(tǒng)電網(wǎng)出故障了，電工開個車就能去修。超導電網(wǎng)出問題可麻煩了，得先停掉液氮系統(tǒng)，等溫度升上來才能檢修。修完了還要重新降溫，這一來一回，停電時間可能是普通電網(wǎng)的好幾倍。老百姓可等不起。

特高壓和超導誰也替代不了誰

說到底，特高壓和超導輸電各有各的用武之地。特高壓技術經(jīng)過這些年的發(fā)展，已經(jīng)非常成熟了。

從西北的風電光伏基地把電送到東部沿海，幾千公里的距離，特高壓是最合適的選擇。技術成熟、成本可控、運行穩(wěn)定，這些優(yōu)勢短期內(nèi)很難被取代。

超導輸電更適合在城市里用。城市電網(wǎng)距離短、用電密度大，超導電纜占地少、輸電能力強的優(yōu)勢就能發(fā)揮出來了。

比如在市中心那些寸土寸金的地方，用一根超導電纜代替六根普通電纜，省下的空間價值可能比多花的成本還要高。

國際能源署預測，到2040年，全球需要新增或者更換8000萬公里的電網(wǎng)線路。這么大的市場，夠兩種技術都吃飽了。關鍵看誰能在成本控制上取得突破。

現(xiàn)在核聚變研究很熱門，需要大量超導材料來產(chǎn)生強磁場。如果核聚變真的實現(xiàn)商業(yè)化，超導材料的產(chǎn)量會大幅增加，成本自然就降下來了。到那時候，超導輸電可能真的會大規(guī)模推廣。

中美兩國在超導輸電領域基本上處在同一條起跑線上。美國有些新想法，咱們有實際的工程經(jīng)驗。誰能率先在成本和可靠性上取得突破，誰就能占據(jù)主動。這不是你死我活的競爭，而是技術進步的必然過程。

結(jié)語

電力技術的發(fā)展從來都不是非黑即白的。特高壓有特高壓的優(yōu)勢，超導有超導的特點。美國的超導輸電試點確實值得關注，可說要馬上取代咱們的特高壓，那還早著呢。

技術進步需要時間，需要一步一個腳印地走。咱們既要保持清醒，看到自己的不足，也要有信心，相信自己的實力。畢竟在電力領域，中國已經(jīng)是世界級選手了。

信息來源： - 國際能源署《2040年全球電網(wǎng)發(fā)展報告》 - 美國能源部超導輸電試點項目公告（2024年） - 上海市電力公司超導輸電示范工程運行報告（2023年） - 中國電力科學研究院特高壓技術白皮書 - IEEE電力與能源學會超導技術專題報告