零下196℃,這是深圳CBD底下的隱秘世界
Time:2021-09-30 16:55:13
作者: 酷雅品牌
全球最冷的一個地方不在南極,而可能在霓虹閃爍的深圳CBD。
零下196℃的世界,會有多冷?
全球最冷的地方是南極洲,那里終年被厚厚冰雪的覆蓋,歷史最低溫度是零下94.5℃。
所以,零下196℃,足以冷到世界一片空白,冷到讓人想到宇宙停止轉動,但在超導人的眼里,這個溫度簡直是高溫,讓人興奮的高溫!
超導人是什么人?超導電纜研發者。
超導體,是一種在特定溫度下電阻轉變為零的特殊材料。長期以來,這個“特定溫度”就是接近絕對零度(零下273℃),難以真正應用;直到上世紀80年代,“臨界溫度”高于零下196℃附近液氮溫區的“高溫”超導材料被發現。
從零下273度到零下196℃,足足升高了70多度,雖然還是很冷,但它足以讓超導人感到興奮,因為可以冷卻它的液氮很便宜,這意味著它可以大規模應用了。那么,在哪里可以看到傳說中的超導體?其實它并不遠,就在你我的身邊。
1
你絕對想不到,在霓虹閃爍、熱火朝天的深圳福田CBD,地下還有一個零下196℃的隱秘世界。
這個寒冷至極的隱秘世界,只有400米長、碗口那么粗(直徑17.5厘米)。
相比于恢弘的深圳CBD而言,不過是一根頭發絲的大小,但是它能量巨大,因為592.5米高的深圳第一高樓都能被它罩得??!
深圳第一高樓平安金融中心
它就像一條深埋于深圳CBD地下的“巨龍”,每日為城市發光發熱。
這個隱秘世界的巨龍被稱之為:三相同軸高溫超導電纜。
2021年9月28日,中國首條三相同軸超導電纜在深圳投產,正式為福田中心區的地標建筑平安金融中心供電。
這也是國際上首次在超高負荷CBD區域使用的超導電纜。
肉眼看上去,這根“高能發絲”也沒有三頭六臂,但它的能量有如孫悟空的金箍棒,輸電容量高達43兆伏安,是常規電纜輸電能力的5倍,相當于可同時滿足4列時速350公里的8編組高鐵的用電需求。
令人驚喜的是,這根“高能發絲”不僅力氣大,身材還很火辣,因為它瘦啊。
傳統的送電方式,一般采用三條分立并行的電纜來輸送,而本次投運的超導電纜,只需一條電纜,電纜直徑僅有17.5厘米,它節省了一半的超導材料以及2/3以上的電纜鋪設空間。
“瘦”的好處是什么?應用超導電纜,將大幅節省電纜的使用和城市地下管網廊道空間。
那么,它是怎么瘦身的?
這種超導電纜的內部,像套娃般一層一層包裹十幾層功能材料,從內到外依次有軸心液氮通道、三相的超導體及其絕緣層、銅屏蔽層、第二液氮通道、低溫絕熱管道和保護層等,因為三相導體在幾何上是同軸的,它被稱之為三相同軸技術。這種技術是國際超導電纜制造的“皇冠”,此次已實現全部配件國產化,不用擔心被外國人“卡脖子”。
2
更讓人稱奇的是,它還有一個眾所周知的獨特癖好,它最喜歡的溫度是:零下196℃。
零下196℃,正好是液態氮的沸點,超導電纜正是在液態氮的環境中才能冷卻到這個溫度,然后電阻變成零。
電阻變成零有什么用?電能傳輸損耗接近于零,線路能量損失降低80%,可以實現低電壓等級(10千伏級)的大容量輸電。
低電壓、大容量輸電的好處是:減少變電站建設,為城市節省寶貴的土地,省電又省地。
原因是這樣的↓
傳統電纜一般使用銅鋁材料,如果要輸送大容量電能,就需要先提高電壓進行輸送,到達用戶之前再逐級降壓,這就需要在用戶附近設置變電站了。
而在城市中心設置變電站,要么找不到位置,要么會被居民抵制??傊?,這個家伙不太受歡迎。
但超導電纜一舉解決了這個問題,它在輸送大容量電能時,靠低電壓就可以,相當于點對點送貨,不需要變電站這個中間商。
平安金融中心所在的福田CBD,是中國摩天大樓最集中的區域之一,絕對是狼吞虎咽的“電老虎”。而平安金融中心又是這個區域的“帶頭大哥”,它不僅是深圳第一高樓,同時還是粵港澳大灣區第一高樓。
如此一個用電大戶,如果靠傳統電纜輸電,不僅會有大量的能耗損失,而且還要建拿出寶貴的土地來建變電站。
但這一次使用超導電纜,不僅節省了大量能耗(線路能量損失降低80%),還節省了500平米的變電站建設用地,也減少了和“鄰避設施”有關的矛盾。
500平方米,對寸土寸金的深圳CBD來說,不是個小數字。
3
如果這種超導電纜能夠普及,那我們的城市要少建多少變電站?
項目團隊專家之一、北交大應用超導研究中心的王邦柱說:
“如果這種超導電纜得到推廣,那么很多小區確實沒必要裝變電站了,可以直接從遠離小區的高壓變電站的低壓側引出,使用低壓超導電纜傳輸至小區用戶。無需變壓器,只需要通過一些開關設備做分配就夠了?!?br />
想象一下,一個沒有變電站的城市,要省下多少土地資源?
近年來,全球范圍內特大型城市供電均面臨挑戰,中心城區負荷需求持續增長、能耗“雙降”要求逐年增強、城市走廊飽和、電網建設用地難等問題逐年暴露。
以深圳為例,它是中國電力負荷密度最大的城市之一,福田CBD的負荷密度更是“高峰上的高峰”,給這樣的核心區域供電,如果采用傳統的供電手段,壓力很大。
而超導電纜能量損耗低、廊道空間小,還不必建變電站,對環境友好,簡直是為CBD區域量身定制的。
深圳福田CBD
這一次,深圳再度成為第一個吃螃蟹的城市,為全球超大城市提供了新的供電模式。
對超大特大城市來說,這無異于一次基礎設施的升級。有超導電纜的護航,城市CBD區域可以承建更多的高樓、承載更多的就業崗位,進一步提升城市的集約化水平和造富能力,
在更深遠的國家戰略來看,這是全球首個,應用于超大型城市CBD區域的三相同軸超導電纜,示范和戰略意義重大。
要知道,本次投產的“三相同軸高溫超導電纜”在關鍵技術實現了國產化,填補了國內相關技術空白,從此我國實現“三相同軸高溫超導電纜自由”,不再依賴國外技術。
眾所周知,超導材料對生產設備的精度要求極高,以前這種材料只有日本和美國才能生產。日本企業的產能非常有限,難以滿足中國企業的需求。美國人的產能倒是挺大,但態度傲慢,又不給新產品。
項目團隊專家之一王邦柱介紹,他們之前都是先跟美國公司的商務接洽,問他們最近能生產什么,然后再按照美國人的材料去做設計,感到非常屈辱,非常被動。
但現在,超導帶材實現了國產化,價格還比美國產品便宜了不少。
項目團隊的帶材國產化需求提出后,國家和地方層面積極的回應,現在上海成立了兩家超導材料公司,蘇州成立了一家超導材料公司,并且“內部練兵”,誰的路線最優就用誰的。
在經歷過大國貿易摩擦、芯片斷供后,中國的科學家比任何時候都明白,關鍵技術裝備國產化的重要意義。
4
寫到這里,有人可能會問,這么牛逼的超導電纜是怎么搞出來的?
其實,看看它的投產地是深圳,就很好理解了。
公開資料顯示,該技術研發是南方電網深圳供電局牽頭主導的,技術落地也是先滿足了深圳第一高樓的用電需求。
大家知道,深圳是我國電負荷密度最大的城市,同時也是土地資源最緊缺的城市, 沒有之一。
而創新都是逼出來的。
所以,在供電技術創新與超導電纜應用上,深圳無疑是創新愿望最迫切的城市,創新動力最強烈的城市。
有如此強烈的需求導向,超導電纜首先在深圳應用,也就不奇怪了。
值得一說的是,在超導電纜的制造中,深圳再次發揮“創新樞紐”的效應。
為了研制這條超導電纜,南方電網深圳供電局組建了全國最牛的研發團隊,研制生產單位遍布北京、廣州、上海、成都、南京、武漢、深圳等多個城市。
參與研發的單位包括北交大、中國能建廣東院、中天超導、成都新連通、鵬力超低溫、華中科大等全國知名學府與科研機構。
一句話,這是全國多個城市、多個團隊的一次團結協作,才鑄成了超導電纜的順利落地。
深圳在這個過程中,承擔的承上啟下、穿針引線的樞紐功能,這是深圳最擅長的事情。
深圳本土缺乏大學和科研機構,但它懂得整合資源,把全國的人才和技術為我所用,在整個創新鏈中發揮“樞紐效應”。
這個模式和硅谷有點像,和深圳一樣,硅谷最初也是缺乏大學,也沒有過特別重大的發明創造,對人類影響重大的半導體、晶體管、計算機等基礎創新,基本都誕生在美國的東海岸。
硅谷在這方面乏善可陳,但它有一種特殊技能,就是能夠迅速理解一項技術對社會可能存在的顛覆前景,并將其做成產業,大規模應用?;仡櫳钲诘漠a業升級史,眾多創新都是這種模式。
當前,我國正處在科技攻堅的關鍵時期,期待超導電纜這種自主創新越來越多,也期待深圳能繼續發揮好“創新樞紐”的職能,整合全國創新資源,研發出更多的大國重器。