中国电力工业变革与发展的战略选择(四)

 二是传输损耗低。目前高温超导电缆一般运行在液氮温度（-196℃）,交流电缆系统的损耗包括电缆本体的损耗（交流损耗、恒温器漏热）、电缆终端损耗（恒温器漏热、电流引线电阻损耗）以及制冷系统损耗（主要是设备电损耗）。一般来说，在传输相同容量的电能时，高温超导电缆的运行损耗约为常规电缆的40%～50%。而且输送容量越大、距离越长，超导电缆的低损耗优势越突出。

    与超导交流电缆相比，超导直流电缆更具优势。由于超导交流电缆会产生磁滞损耗（交流损耗）并导致发热，所以限制了输送电流，而高温超导直流电缆本体不存在交流损耗，不会出现这种情况。用第二代高温超导材料制成的直流电缆，输送容量将是相同直径铜导线的100倍以上，且基本不产生输送损耗，不限制输送距离。

    三是节约线路走廊。同样的输送容量，超导电缆占用空间约为常规电缆的1/3。相比于输电线路，超导电缆征地面积大大减少（表8），基本上避免了树木砍伐。

 表8：单回输电线路和超导电缆的线路走廊宽度

    资料来源：北京云电英纳超导有限公司。

    四是环保。超导电缆可以完全避免电磁场辐射、无线电干扰。

    前文提到，有专家提出建设“装备太阳能电池和超导电缆的全球能源网络”（GENESIS工程），该网络只能采用高温超导电缆连接[注4]。就我国情况来看，东部地区用电负荷密集，但太阳能富集区主要在西部、北部，风能资源主要分布在“三北”地区，同时在东部地区大规模发展太阳能发电站还受到土地资源的限制，所以，我国大规模发展太阳能发电、风电需要进行长距离输电。而且，太阳能和风力发电设备每年的等效利用小时数为常规能源机组的1/5-1/3，如果每年要满足同样多的电量需求，太阳能、风能发电设备的容量将是常规机组3-5倍，送出线路的容量也将是3-5倍，如果采用常规输电线路，需要占用3-5倍的线路走廊。只有采用高温超导电缆，才能实现大规模、远距离、低损耗输电，而且极大节约线路走廊。

    另外，太阳能、风能发出的电力一般是低电压、大电流（各电池板、机组并联连接），大规模送出需要升压，相比于常规输电线路，高温超导电缆可以实现低电压、大电流方式输送，更加节约成本。

    正因为超导输电具有上述突出优点，《美国电网2030》的规划提出了采用超导技术建设其骨干电网的建议，美国能源部于2006年8月向国会提交的《美国输配电网五年规划（2008-2012年）》中，专门论述了“高温超导性”，认为高温超导电力设备可能会成为21世纪提高输电系统能力、效率和可靠性的关键技术，并对高温超导技术的研究应用提出了具体的目标、进度和措施。

    我国在高温超导研究方面并不落后。2001年7月,笔者在云南电力工作期间，就曾与清华大学构建了产学研合作科研机制，提出了我国高温超导电缆发展路线图（图4），并研制了亚洲第一组、世界第三组实用型“30米、35kV／2kA三相高温超导电缆系统”，于2004年4月19日在云南电网投入运行，当时各项指标达到了世界先进水平，迄今仍是世界上实用化运行时间最长的超导电缆。其后又研制开发了我国第一组实用化超导限流器并投入运行，为我国高温超导研究应用提供了很好的技术储备。

  注：$ m:美元/千安米，$/m:美元/米，p:超导线材价格，p1:制冷机价格,η:制冷机效率，p2:低温恒温器价格。

 图4：我国高温超导电缆发展路线图

    2008年4月22日，世界上第一条商业化应用的高温超导电缆在美国纽约投入运行。该系统由三根138千伏的电缆组成，满负荷输电能力574MW。其输电容量是相同粗细铜导线的150倍，电缆沟宽度仅为1米。

    超导电力技术代表了电力技术变革的方向，对能源变革具有重要意义。但迄今为止我国在政府有关部门和企业层面都没有给予应有的足够重视，更没有像美国那样从国家规划层面进行研究并推动实施，这是不应有的战略性缺陷。为此，我国应尽快将高温超导电力技术的发展纳入政府规划，加大研究力度，启动示范工程，为今后大规模商业化应用创造条件。

    目前，单就制造成本来看，高温超导电缆造价偏高，这限制了其商业化应用。但目前较高成本体现的是试验线路的水平，与大规模实用化的造价有很大差别。超导电缆所具有的传输容量大、占用走廊少、损耗低、环境友好等优点，是常规电缆难以达到的。常规输电线路本体造价虽然较低，但征地拆迁等费用看涨，尤其是在城市内和城郊占地成本急剧上升，而且近年来由于电力建设征地、拆迁、环评等引发的矛盾冲突事件呈上升趋势，造成社会稳定问题，所以综合考虑性价比，长期来看高温超导电缆的制造、建设、运行成本费用将趋于同常规电缆和高压输电线路接近，这主要取决于：市场规模扩大后的规模效应；超导线材性能的提高和相对价格下降；低温恒温器国产化规模生产；制冷设备技术的完善和国产化生产等等，这些条件的实现都需要通过建设示范工程来推动。先期可以在城市配网和城郊输网中推广使用高温超导电缆，同时在新能源项目和示范区中大力推进高温超导技术的研发应用。

    [注4]“生态足迹”也称“生态占用”，它显示在现有技术条件下，指定的人口单位内（一个人、一个城市、一个国家或全人类）需要多少具备生物生产力的土地和水域，来生产所需资源和吸纳所衍生的废物。生态足迹通过测定现今人类为了维持自身生存而利用自然的量来评估人类对生态系统的影响。其值越高，人类对生态的破坏就越严重。

    结论

    综上所述，主要结论如下：

    1、在世界金融危机和全球性经济衰退的大背景下，我国电力工业所面临的问题并非常规意义上的供求失衡所导致的周期性波动，而是长期积累下来的重大结构性问题。因而不能沿着以往均衡-失衡-均衡的轨迹收敛到原点，重复和延续过去的发展路径，而必须以资源和环境为前提，在新的约束条件下重新平衡各种变量关系，确立科学发展的新方向。否则，增长将是不可持续的。

    2、低碳经济是全球气候变化背景下人类的必然选择，也是我国资源环境约束条件下经济社会可持续发展的必由之路，乃大势所趋。能源变革是低碳经济的核心，正在加速到来，正如毛泽东主席当年预言中国革命高潮即将来临时所说：“它是站在海岸遥望海中已经看得见桅杆尖头了的一只航船，它是立于高山之巅远看东方已见光芒四射喷薄欲出的一轮朝阳，它是躁动于母腹中的快要成熟了的一个婴儿。”为此，电力企业应当顺势而为，在发展的价值理念导向、发展的技术路线以及经营管理方式上进行方向性的战略调整，进而在能源变革中发挥领航作用，引领经济社会走上低碳之路，实现可持续发展。

    3、从国家利益和能源安全考虑，必须尽快明确未来中国电力乃至整个能源体系的战略取向，尽快制定我国电力工业乃至能源工业发展与变革的战略规划，大力推进能源变革。应当抓住当前各国在新能源技术方面还没有拉开明显差距的机遇，抢占能源变革的技术制高点，并加快产业化进程使其尽快形成新的经济增长点。

    4、电力工业实施以低碳经济为取向的能源变革，其战略选择是发展新能源、分布式电源、智能电网以及高温超导电力技术（图5）。大力发展新能源，是应对气候变化和化石能源短缺和枯竭的必然选择，必须积极支持和鼓励新能源的开发利用。分布式电源是最大限度提高化石能源利用效率的有效方式，同时也是大规模利用新能源的有力配合，应当纳入电力系统整体发展规划予以考虑。智能电网是推进能源变革的重要技术支撑和实现平台，必须尽快开展智能电网的研究、规划与建设工作。高温超导不仅是彻底实现能源变革的重要技术支撑和物质基础，而且是电力工业21世纪划时代变革的重要技术储备，必须从国家战略高度出发，大力支持和加快推进高温超导技术的研究与应用。

 图5：电力工业实施能源变革的组成要素

    5、能源变革是一项系统工程，需要政府、社会的大力支持与推动。为此，需要在以下方面进行相应的变革与调整：首先，实施能源变革的关键是推进体制变革，包括政府管理体制、电力工业体制、经济管理体制的改革以及配套政策措施。为此，政府必须转变理念，树立正确的发展观、政绩观，建立符合科学发展观要求的政绩评价体系，从国家民族长期可持续发展的战略高度认识能源变革的重大意义，为能源变革创造条件、提供支持；同时，继续深化电力体制改革，使电力企业适应能源变革的需要。其次，改革对电网企业、发电企业的绩效评价体系，改变以经营绩效（收入、利润等）为主的考核模式和标准，充分体现对企业经济效益、社会效益和环境效益的综合价值判断；第三，在政府层面加快建立健全新能源发展及促进节能减排市场化机制的相关法律法规、政策措施、价格机制、政策补贴等政策规制。

    中国革命的先行者孙中山先生曾经说过：“世界潮流，浩浩荡荡，顺之则昌，逆之则亡。”从世界范围来说，无论是应对当前的金融危机，还是面对未来全球气候变暖及资源枯竭，能源变革的潮流已是大势所趋，不可逆转。从国家民族复兴和永续发展考虑，下决心大力推进能源变革，功在当代，利在千秋，时不我待！