专家简介

　　王银顺，华北电力大学电气与电子工程学院教授，博士生导师。国际IEC/TC90专家组成员，国家标委会超导委员会成员，中国电机工程学会应用超导专业委员会委员。

　　长期从事高温超导体的电工应用基础研究和应用研究工作。近5年来，主持国家“863”高温超导电力应用项目3项，北京市重点项目子课题1项。

　　中国能源报：最近我国的特高压电网建设正如火如荼，但欧美等国较少谈及特高压技术，为什么？

　　王银顺：在欧美、日本乃至巴西等国家，在电网层面确实较少谈及特高压电网，这并不表明这些国家没有掌握特高压技术的能力，事实上一些国家的特高压技术也是比较先进的。特高压电网的损耗、成本、土地征用和对环境的影响是不容忽视的因素。对特高压电网来说，当电压等级提高后，电晕现象（即对空气放电）引起有功损耗，据估计大约至少有70%的线路耗是因为电晕造成的。此外土地的征用也是一个问题，电压越高也意味着土地征用面积越大。在西方国家，这类问题较难处理。

　　欧美等国更重视超导电网的发展。一般来说，超导电网的电压不会太高，权威数据显示最高不超过350kV。如荷兰的一条超导电缆，从138kV降到50kV运行，利用大电流来增加传输容量，损耗极低。超导电网同时减少变电设备数量和占地空间。但是对于长距离、350kV以上电压等级的电量输送，就目前高温超导技术来说使用超导电缆是得不偿失的。因为目前超导电网需要配备制造液氮的低温设备，在长距离的线路铺设中还要建造低温站。除去成本因素外，在崇山峻岭中这些低温站的维护工作是难以想象的。

　　中国能源报：那么超导电网适用于哪些地方呢？

　　王银顺：尽管目前在长距离的电量输送中超导电力技术不太适用，但在350kV以下电压等级、km量级距离、大电流场合中应用超导电缆的优势是非常明显的。以前超导电缆的制造成本较高，价格昂贵，现在则降到了能够承受的范围。在美国，目前一米超导线材大约30美元，但在以前每米高达300美元。如果超导电力技术获得大规模应用，超导线材价格会大幅度下降。

　　其次超导电缆几乎没有电力损耗，其制造液氮的低温设备运行成本远远低于常规导线的线损费用。因此从节能角度来说，发展超导电缆具有很大的意义。

　　再者，超导电缆占用的空间较少，这也是其一大优势。同时作为低温冷却用的液氮，是一种丰富而且无害的物质（空气中含量78%）、无火灾隐患，从环保角度来讲，不会对环境造成影响。

　　综合以上因素，超导电缆运用于350kV 电压等级以下、短距离的电力输送，效果要好于常规导线。比如在我国城区和郊区等人口密集区域，10公里以内的110kV－220kV输电线路适合建造超导电网，低温设备的维护也非常方便。

　　中国能源报：您一直从事高温超导体的电工应用研究工作，能简单介绍一下近来的科研情况吗？

　　王银顺：目前手头上正在参加的项目是“380米10kA高温超导直流电缆”，预计在2010年完成。去年完成的课题是“大电流高温超导母线的研究”，这是“十一五”期间国家“863”探索类课题。前几年负责主持了“75米三相交流高温超导电缆的研制”和“高温超导变压器的研究”这两个国家“863”重大专项课题，此外还完成了北京市重大科技项目“高温超导限流器及其在电网中的应用研究”的子课题和国家自然科学基金重点项目“高温超导电力技术的应用基础研究”等科研项目。

　　中国能源报：超导技术在电力工业中的应用研究情况如何？

　　王银顺：1987年左右，高温超导体的研究取得突破，不断有新的高温超导材料被发现，超导温度也在逐步提高。在电力工业中，随着超导温度的提高，超导技术也逐渐进入了实际应用研究阶段。

　　大规模的应用研究是在1995年以后开始的。如1998年ABB公司做了世界上第一台超导变压器，日本的九州大学、美国通用电气公司、美国超导公司、德国西门子公司等也都开始了超导变压器的研制工作。此外一些公司也在做超导储能的技术研发工作。

　　此后不久，较长的超导电缆开始出现，如日本和美国都研制出了350米以上的超导电缆。2005年以后，荷兰开始了6000米长的超导电缆研制工作。我国也先后研制出了35米和75米的超导电缆。国家电网公司预计在今年底立项，研制一条1000米以上的超导电缆。此外我国在超导变压器和超导限流器样机等方面的研制都取得成功。“十五”时期研制了630kVA/10.5kV高温超导变压器和10kV的超导限流器样机，并成功实现挂网试验运行。目前有一台35千伏超导限流器在云南昆明挂网运行。

　　中国能源报：美国有个Grid2030计划，提出建设超导智能电网。超导电力技术是否是智能电网的关键技术之一？

　　王银顺：今年7月份，由美国能源部支持超过1200万美元，美国超导公司获得760万美元，用于正在进行的高温超导电缆研发工作。超导材料由美国超导公司提供，德国Nexans 公司和美国液空现代技术公司研发超导电缆本体，LLC公司提供低温制冷系统。这个项目用于长岛的超导电网建设。

　　这也是美国能源部总计投资4700万美元的超导智能电网示范工程一揽子计划的一部分。

　　此外美国能源部还支持了美国超导公司480万美元，总投资800万美元，由美国超导公司、南加州Edison电力公司、德国西门子公司、德国Nexans公司、美国Los Alamos国家实验室联合进行138kV高温超导限流器研发。

　　美国超导公司宣称，超导电缆是发展智能电网技术的一个关键要素，将使电网安全、稳定、高效地运行。智能电网的概念很大、包括范围也很广，应该看到超导电力技术是未来智能电网的重要关键技术之一。

　　中国能源报：建设超导电网需要克服哪些阻碍因素？

　　王银顺：电网建设是一项非常严格的工作，因为电力是战略性的基础能源，一旦出现问题则后果不堪设想。超导技术应用于电力工业虽然已有时日，但目前尚不成熟。因此基于对安全问题的考虑，超导电网建设应该在确保安全稳定的前提下才可行。另一方面超导电网造价较高，这就牵涉到建设的成本问题。当然，应该看到美国和欧洲国家发展超导电网的决心和力度。

　　从技术层面来讲，我认为目前发展超导电网应克服三个技术难点：一是低温绝缘问题。像超导电缆的冷却温度低至77K(-196°C)，在如此低温下如何保证绝缘是一个大难题。二是与常规电网的匹配、协调运行问题。三是低温设备的效率和使用寿命问题。一般来说，电力设备应具有20年左右的寿命，但超导电网的低温设备连续运行2～3年左右时间，一些部件就需要定期检修维护。

　　当然这些问题都只是在使用目前超导材料的前提下才成立，如果在未来室温超导材料出现，则所有问题都将迎刃而解，也将给电力工业带来一次革命。

　　知识链接

　　超导技术是研究物质在超导状态下的性质、功能以及超导材料、超导器件的研制、开发和应用的技术。

　　1908年7月荷兰低温物理学家卡麦林·昂尼斯成功地将了氦液化，实现了4.2K温度人造液态氦的低温条件。此后，他利用该低温条件，对各种金属电阻率进行实验研究。1911年4月，昂尼斯发现在4.2K（-268.98°C）温度左右金属汞(Hg)的电阻率突然消失，人们把这种能够在一定温度下电阻突然消失的特性称之为超导电性。

　　1933年，物理学家迈斯纳和奥森菲尔德发现，超导体一旦进入超导状态，在电阻消失的同时，体内的磁通量将全部被排出体外，内部磁感应强度恒为零，且不论对导体是先降温后加磁场，还是先加磁场后降温，只要进入超导状态，超导体就把全部磁通量排出体外，这种现象称为完全抗磁性——迈斯纳效应。

　　1962年，约瑟夫森从理论上预言超导电流能够穿过一层极薄的绝缘体进入另一超导体，形成隧道超导电流，这就是所谓的超导体的量子隧道效应。零电阻效应、完全抗磁性和量子隧道效应是超导体的主要基本特性。1957年巴丁、库柏和施里弗提出了库珀对概念，建立BCS理论——超导量子理论，从微观角度描述了超导电性，并成功地解释了大多数超导现象。

王银顺

2004年7月在昆明普吉变电站投运的30米三相超导电缆