这是 一个非常重要的事情
发布时间:2019-10-22 16:43

  编者按:为充分展示新中国成立70周年、上海解放70周年上海产业和信息化发展的光辉历程、伟大成就和宝贵经验,人民网上海频道与中共上海市经济和信息化工作委员会即日起联合推出“壮丽70年·建功新时代——上海制造新气象新作为”主题报道。

  系列报道重点挖掘新时代“上海制造”发展历程中先进的思想、优秀的作品、神奇的科技、震撼的工程,讲好上海故事,传播制造精彩,展示上海产业人勇当排头兵、先行者的不凡业绩,全力打响“上海制造”品牌。

  在上海中心城区内,我国首条公里级高温超导电缆示范工程正在如火如荼地铺设中。该电缆将连接徐汇区田林地区的两座变电站,这也将是全球范围内首次在超大城市的腹地引入超导电缆,它所承载的电流容量也将会是世界第一。

  近年来,随着城市化和工业化的飞速发展,高温超导技术作为具有战略意义的前沿引领技术,在城市电网改造、磁悬浮交通、大科学装置等领域都展现出广泛应用前景。高温超导输电,被誉为本世纪电力行业的一场革命,具有损耗低、容量大、体积小、无污染等优点。

  随着此项试点应用,未来高温超导输电有望在上海智能电网建设上率先实现产业化推广,在城市电网改造、狭窄走廊主干电网、需求特殊且常规技术难以解决的场合获得更多应用及推广。

  对负责研制生产该电缆的上海电缆研究所的科研人员而言,能让技术走出实验室,让工程能在脚下的热土里落地生根无疑是件无比欣慰和骄傲的事情,“但是对于我来说,永远都是‘革命尚未成功,同志仍需努力。’”上海电缆所副所长宗曦华对记者说道。

  高温超导体,可以说是20世纪最伟大的发明之一。1911年,荷兰科学家昂内斯意外发现,将汞冷却到零下268.95℃时,其电阻突然消失,这种现象被称为超导电性。然而,零下268.95℃已接近绝对零度(零下273.15℃),必须用昂贵的液氦才能把温度降到这么低。

  1986年,IBM实验室的柏诺兹和缪勒首次发现高温超导材料,将临界温度大幅提高,使其能在低价的液氮降温环境下达到“零电阻”。宗曦华认为,由此也解开了科学家们对高温超导研究的序幕,掀起一阵科研热潮。

  其实“高温超导”这个概念,并非普通人认为的“高温”,其实是指相对于零下270摄氏度的低温超导而言,高温超导能在零下196摄氏度(77K)实现零电阻,由于实现零下196摄氏度低温环境的成本大幅降低。

  与传统的铜铝材料电缆相比,高温超导电缆还有什么优势?面对记者的疑问,宗曦华解释道:“无电阻和抗磁性是超导材料的两个最重要的特性。和传统电缆相比,高温超导电缆体积小,损耗低,超导电缆周围的磁场始终处于一个较为稳定的状态,有很强的系统安全性。”因此,高温超导电缆有广阔的应用前景。

  纵观超导行业发展史,宗曦华感慨道,单从超导材料的理论研究来看,中国在国际上处于较为领先的地位,但是在超导材料的实用化来说,中国落后于美国等西方国家。“中国超导电缆的起步可能是2000年左右,我们电缆所也开始了对超导电缆的研究。”宗曦华说道。

  2000年初,世界上仅有少数几家单位掌握超导电缆制备技术,这些单位在超导电缆核心技术方面(包括超导电缆的制造设备、超导终端等)态度明确,就是拒绝交流。

  对于上海电缆研究所超导项目团队的研究人员来说,就好比是一场艰难的闭卷考试。“从文献上学习到的东西都是表象,一切新技术的研发都靠我们团队攻坚克难,自主研发。”而如今回顾起那段艰苦岁月,却又仿佛闪着金光。

  在可参照的经验和案例无比稀缺的条件下,正是这种敢于 “吃螃蟹”的精神,给他们开了一扇光明的窗。

  团队中设置三个小组——超导科研组,超导工艺组和装备设计组,成员常年吃住在一起,一起查专利、读文献,建模分析计算并与实验结果比对,一起讨论工艺图纸、调试生产装备、改造生产装备到最后形成稳定的生产工艺,最终实现了工艺车间中所有生产线年的研究历程中,每条生产线次以上。

  作为超导项目团队的负责人,宗曦华有个切身的体会。“当你的技术跟人家的具有巨大差距的时候,人家是不会愿意跟你交流的,只有当你的水平和人家处于一个同等的水平上的时候,才会谈,才会谈到技术共享。从跟跑到领跑,从国内超导电缆的产业发展的角度来讲,我们也确确实实在经历这样一个过程。 ”

  超导中心有一个办公室的灯总是关得最晚,有一个办公室的门周末也一直敞开。那就是超导科研人员所在的办公室。很多同事都很奇怪,这群年轻人为什么总是充满干劲,不知疲倦。

  2013年,上海电缆研究所牵头建成的国内首套50米、35kV、低温绝缘高温超导电缆在宝山钢铁股份有限公司挂网运行。据项目组人员介绍,在针对电缆系统可靠性进行挂网运行试验的日子里,为了防止意外发生,同时做好对电压、电流、温度、压力、液氮流量等参数的采集,超导项目组由宗曦华带头,实行从早八点到次日早八点24小时不间断的轮流值守。

  正是这段艰苦的岁月,项目组掌握了超导电缆系统试运行的第一手数据资料,逐个解决系统中出现的一系列问题,他们用汗水一点点攻破国外技术壁垒的同时,“衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴”也成为项目组员当时最真实的写照。

  功夫不负有心人,在广大超导人的共同努力下,这条电缆终于在2013年12月9号正式挂网运行。

  中国首条公里级高温超导电缆示范工程缘何落户上海?正是这条 35kV低温绝缘高温超导电缆为此示范工程最终落沪赢得了重要砝码。

  “一直以来,我对我们的科研人员只有一个要求,就是‘一专到底’,”宗曦华表示,做科研就是要有一股精气儿神,可以支撑着把冷板凳坐热。

  “产业化”是宗曦华在接受记者采访时频繁提起的一个词语。“我们的团队在不断建设的过程中,从不是说只满足于对某一根电缆产品的研究,而是会从整个超导电缆的产业链的生态来考虑,包括联合上下游的用户、高校或者电力企业等来共同推进这个项目,这是一个非常重要的事情。”宗曦华向记者介绍道。同时,在推进超导电缆工装设备相关的研究时,不仅是围绕着产品研究,而是从工装设备的工艺检测标准等方面出发,思考如何让上下游协调发展。

  在对2013年的宝钢35kV低温绝缘高温超导电缆运维之际,上海电缆研究所的超导项目组积累了丰富的经验,从2013年的10月8号到12月9号,短短两个月时间就安装测试完毕,创造了史无前例的“超导速度”。这也验证了项目团队对超导电缆的工程、产品设计等方方面面的都具有雄厚的研究储备。在这个过程当中,项目团队围绕着超导电缆的产业化的产品标准,也开展了大量的研究。

  一路走来,历经十多年风风雨雨,上海电缆所关于超导电缆产品的布局研究已经初步完成,也形成了一套关于超导电缆的核心技术。但是,对电缆、对超导材料的研究永远在前进。

  据介绍,2003年,上海电缆研究所组建专项小组,并在2005年进一步联合上海电力公司,上海交通大学,上海大学,上海电缆厂等组成CD绝缘高温超导电缆系统开发团队,以实现超导电缆产业化为目标,正式开展联合攻关工作。在2005年以后,上海市政府在超导项目的立项、协调方面给予了电缆所大力的支持,并组织成立了上海超导联盟、上海超导传输工程技术研究中心,同时也提供了资金支持。

  “抱团取暖” 比起“单打独斗”有何优势?宗曦华的回答是:显而易见。他认为,高校的优势在于基础理论研究;政府的优势在于产业化培育方面,会起到强大的支撑作用;像上海电缆研究所这样的研究单位以应用型为主,正好成为了连接基础理论研究和真正的市场应用的一个桥梁。产学研用的深度融合无疑会使上海市超导电缆的研发水平不断提高,逐渐朝着目前全国超导综合研发实力最强的城市进军。

  宗曦华认为,政府在联盟中扮演的角色就是粘合剂。“本来我们的联盟是十分松散的,各自单位的目的不一样,通过政府在其中的有机协调,可以使联盟更加紧密。”谈及政府给予的支持,宗曦华提到,经费的支持只是其中的一部分,无论是上海市经信委还是上海市科委,都对超导联盟的发展起到过非常积极的推动作用,各单位在政府部门的协调下,组织领域内专家坐在一起共同讨论并制定上海超导产业的发展规划,加速了上海超导产业化进程。

  超导联盟团队成员涵盖高温超导带材、超导电力应用、高压绝缘、低温制冷、机械设计、自动控制等专业,不但为超导电缆的研制提供系统的人才组合,也为未来相应的超导变压器、超导电机、超导储能器等超导电力设备的研究开发提供了人才储备。

  中国是电缆的制造大国。2016年,电缆行业一年的产值就已经达到1.4万亿,仅次于机械工业领域的汽车产业。“电线电缆是工业肌体的‘血管和神经’,在这1.4万亿中,电力电缆占比近一半。”宗曦华说道。

  结合上海超大城市智能电网建设的愿景与需求,综合考虑上海新材料创新成果丰富、高端应用集聚的产业优势与产业综合成本持续上升的现状,高温超导作为战略性的前沿新材料产业,具备重点培育和发展的现实意义。

  随着首条公里级高温超导电缆示范工程的试点应用,在不久的将来,高温超导输电有望在上海智能电网建设上率先实现产业化推广。

  一是城市电网改造和电力扩容方面,发挥高温超导电缆载流量大、体积小的优势,在城市老旧电网改造,尤其是狭窄空间的电力增容扩容过程中,作为更优化的解决方案;二是人口密集区电力设施建设方面,发挥高温超导输电基本没有电磁辐射、系统可靠性高、节能环保等优势,缓解群众对变电站、变压器、输变电线路等电力基础设施的抵触心理,降低工程时间成本和实施难度。高温超导电缆示范工程作为产业化前中试性质的示范应用,是实现超导材料在输配电领域规模化应用的必由之路。

  面向国内外企业和团队启动全方位、全流程、全产业链的招商引资和项目导入工作,通过超导电力电缆的产业化发展带动绕组线、架空线等其他领域超导电力产品和技术的自主化发展,加快培育高温超导输配电技术策源地,打造高温超导这一产业“新动能”,将上海超导产业基地建设成为具有全球影响力的超导产业集聚中心,助力提升上海城市能级和核心竞争力。

  在新一轮科技革命和产业变革中,上海将抢占科技经济制高点,努力走出一条大胆创新、稳健应用的发展之路,全力推动实现上海制造业高端转型和跨越式发展。而宗曦华坚信,上海电缆研究所会努力成为构建上海超导产业可持续发展之路的最强音。