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零下196℃,这是深圳CBD底下的隐秘世界

城市战争

2021-10-12 08:46

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零下196℃,这是深圳CBD底下的隐秘世界

全球最冷的一个地方不在南极,而可能在霓虹闪烁的深圳CBD。


零下196℃的世界,会有多冷?


全球最冷的地方是南极洲,那里终年被厚厚冰雪的覆盖,历史最低温度是零下94.5℃。


所以,零下196℃,足以冷到世界一片空白,冷到让人想到宇宙停止转动,但在超导人的眼里,这个温度简直是高温,让人兴奋的高温!


超导人是什么人?超导电缆研发者。


超导体,是一种在特定温度下电阻转变为零的特殊材料。长期以来,这个“特定温度”就是接近绝对零度(零下273℃),难以真正应用;直到上世纪80年代,“临界温度”高于零下196℃附近液氮温区的“高温”超导材料被发现。


从零下273度到零下196℃,足足升高了70多度,虽然还是很冷,但它足以让超导人感到兴奋,因为可以冷却它的液氮很便宜,这意味着它可以大规模应用了。


那么,在哪里可以看到传说中的超导体?其实它并不远,就在你我的身边。


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你绝对想不到,在霓虹闪烁、热火朝天的深圳福田CBD,地下还有一个零下196℃的隐秘世界。


这个寒冷至极的隐秘世界,只有400米长、碗口那么粗(直径17.5厘米)。


相比于恢弘的深圳CBD而言,不过是一根头发丝的大小,但是它能量巨大,因为592.5米高的深圳第一高楼都能被它罩得住!

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深圳第一高楼平安金融中心


它就像一条深埋于深圳CBD地下的“巨龙”,每日为城市发光发热。


这个隐秘世界的巨龙被称之为:三相同轴高温超导电缆。


2021年9月28日,中国首条三相同轴超导电缆在深圳投产,正式为福田中心区的地标建筑平安金融中心供电。

零下196℃,这是深圳CBD底下的隐秘世界

这也是国际上首次在超高负荷CBD区域使用的超导电缆


肉眼看上去,这根“高能发丝”也没有三头六臂,但它的能量有如孙悟空的金箍棒,输电容量高达43兆伏安,是常规电缆输电能力的5倍,相当于可同时满足4列时速350公里的8编组高铁的用电需求。


令人惊喜的是,这根“高能发丝”不仅力气大,身材还很火辣,因为它瘦啊


传统的送电方式,一般采用三条分立并行的电缆来输送,而本次投运的超导电缆,只需一条电缆,电缆直径仅有17.5厘米,它节省了一半的超导材料以及2/3以上的电缆铺设空间。


“瘦”的好处是什么?应用超导电缆,将大幅节省电缆的使用和城市地下管网廊道空间。


那么,它是怎么瘦身的?


这种超导电缆的内部,像套娃般一层一层包裹十几层功能材料,从内到外依次有轴心液氮通道、三相的超导体及其绝缘层、铜屏蔽层、第二液氮通道、低温绝热管道和保护层等,因为三相导体在几何上是同轴的,它被称之为三相同轴技术。

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这种技术是国际超导电缆制造的“皇冠”,此次已实现全部配件国产化,不用担心被外国人“卡脖子”。


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更让人称奇的是,它还有一个众所周知的独特癖好,它最喜欢的温度是:零下196℃。


零下196℃,正好是液态氮的沸点,超导电缆正是在液态氮的环境中才能冷却到这个温度,然后电阻变成零。


电阻变成零有什么用?电能传输损耗接近于零,线路能量损失降低80%,可以实现低电压等级(10千伏级)的大容量输电。


低电压、大容量输电的好处是:减少变电站建设,为城市节省宝贵的土地,省电又省地。


原因是这样的↓


传统电缆一般使用铜铝材料,如果要输送大容量电能,就需要先提高电压进行输送,到达用户之前再逐级降压,这就需要在用户附近设置变电站了。


而在城市中心设置变电站,要么找不到位置,要么会被居民抵制。总之,这个家伙不太受欢迎。


但超导电缆一举解决了这个问题,它在输送大容量电能时,靠低电压就可以,相当于点对点送货,不需要变电站这个中间商。

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平安金融中心所在的福田CBD,是中国摩天大楼最集中的区域之一,绝对是狼吞虎咽的“电老虎”。而平安金融中心又是这个区域的“带头大哥”,它不仅是深圳第一高楼,同时还是粤港澳大湾区第一高楼。


如此一个用电大户,如果靠传统电缆输电,不仅会有大量的能耗损失,而且还要建拿出宝贵的土地来建变电站。


但这一次使用超导电缆,不仅节省了大量能耗(线路能量损失降低80%),还节省了500平米的变电站建设用地,也减少了和“邻避设施”有关的矛盾。


500平方米,对寸土寸金的深圳CBD来说,不是个小数字。


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如果这种超导电缆能够普及,那我们的城市要少建多少变电站?


项目团队专家之一、北交大应用超导研究中心的王邦柱说:


“如果这种超导电缆得到推广,那么很多小区确实没必要装变电站了,可以直接从远离小区的高压变电站的低压侧引出,使用低压超导电缆传输至小区用户。无需变压器,只需要通过一些开关设备做分配就够了。”


想象一下,一个没有变电站的城市,要省下多少土地资源?

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近年来,全球范围内特大型城市供电均面临挑战,中心城区负荷需求持续增长、能耗“双降”要求逐年增强、城市走廊饱和、电网建设用地难等问题逐年暴露。


以深圳为例,它是中国电力负荷密度最大的城市之一,福田CBD的负荷密度更是“高峰上的高峰”,给这样的核心区域供电,如果采用传统的供电手段,压力很大。


而超导电缆能量损耗低、廊道空间小,还不必建变电站,对环境友好,简直是为CBD区域量身定制的。

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深圳福田CBD


这一次,深圳再度成为第一个吃螃蟹的城市,为全球超大城市提供了新的供电模式。


对超大特大城市来说,这无异于一次基础设施的升级。有超导电缆的护航,城市CBD区域可以承建更多的高楼、承载更多的就业岗位,进一步提升城市的集约化水平和造富能力,


在更深远的国家战略来看,这是全球首个,应用于超大型城市CBD区域的三相同轴超导电缆,示范和战略意义重大。


要知道,本次投产的“三相同轴高温超导电缆”在关键技术实现了国产化,填补了国内相关技术空白,从此我国实现“三相同轴高温超导电缆自由”,不再依赖国外技术。


众所周知,超导材料对生产设备的精度要求极高,以前这种材料只有日本和美国才能生产。日本企业的产能非常有限,难以满足中国企业的需求。美国人的产能倒是挺大,但态度傲慢,又不给新产品。


项目团队专家之一王邦柱介绍,他们之前都是先跟美国公司的商务接洽,问他们最近能生产什么,然后再按照美国人的材料去做设计,感到非常屈辱,非常被动。


但现在,超导带材实现了国产化,价格还比美国产品便宜了不少。


项目团队的带材国产化需求提出后,国家和地方层面积极的回应,现在上海成立了两家超导材料公司,苏州成立了一家超导材料公司,并且“内部练兵”,谁的路线最优就用谁的。


在经历过大国贸易摩擦、芯片断供后,中国的科学家比任何时候都明白,关键技术装备国产化的重要意义。


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写到这里,有人可能会问,这么牛逼的超导电缆是怎么搞出来的?


其实,看看它的投产地是深圳,就很好理解了。


公开资料显示,该技术研发是南方电网深圳供电局牵头主导的,技术落地也是先满足了深圳第一高楼的用电需求。


大家知道,深圳是我国电负荷密度最大的城市,同时也是土地资源最紧缺的城市, 没有之一。


创新都是逼出来的。


所以,在供电技术创新与超导电缆应用上,深圳无疑是创新愿望最迫切的城市,创新动力最强烈的城市。


有如此强烈的需求导向,超导电缆首先在深圳应用,也就不奇怪了。


值得一说的是,在超导电缆的制造中,深圳再次发挥“创新枢纽”的效应。


为了研制这条超导电缆,南方电网深圳供电局组建了全国最牛的研发团队,研制生产单位遍布北京、广州、上海、成都、南京、武汉、深圳等多个城市。


参与研发的单位包括北交大、中国能建广东院、中天超导、成都新连通、鹏力超低温、华中科大等全国知名学府与科研机构。


一句话,这是全国多个城市、多个团队的一次团结协作,才铸成了超导电缆的顺利落地。

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深圳在这个过程中,承担的承上启下、穿针引线的枢纽功能,这是深圳最擅长的事情。


深圳本土缺乏大学和科研机构,但它懂得整合资源,把全国的人才和技术为我所用,在整个创新链中发挥“枢纽效应”。


这个模式和硅谷有点像,和深圳一样,硅谷最初也是缺乏大学,也没有过特别重大的发明创造,对人类影响重大的半导体、晶体管、计算机等基础创新,基本都诞生在美国的东海岸。


硅谷在这方面乏善可陈,但它有一种特殊技能,就是能够迅速理解一项技术对社会可能存在的颠覆前景,并将其做成产业,大规模应用。回顾深圳的产业升级史,众多创新都是这种模式。


当前,我国正处在科技攻坚的关键时期,期待超导电缆这种自主创新越来越多,也期待深圳能继续发挥好“创新枢纽”的职能,整合全国创新资源,研发出更多的大国重器。


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YYYF99
超导电缆,进入实用了?
2021-10-12 10:26
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