香山科学会议第505次学术讨论会综述

　　超导电力技术在提高电网安全稳定性和电能质量、提高大容量远距离输电能力、降低电网的损耗和减少电力设备用地等方面具有显著的优势。在过去27年中超导电力技术已经得到了长足的发展，国际上已经出现了大量的超导电力技术应用示范工程。我国在高温超导物理、高温超导材料和超导电力技术的研究方面，已经形成了很强的基础优势，处于国际前列。

　　为更好地促进我国超导电力技术的发展，准确把握超导电力技术的发展方向，凝练科学问题与核心关键技术问题，提出发展我国超导电力技术的有关建议，2014年9月24~26日在北京召开了以“超导技术在未来电网中的应用”为主题的香山科学会议第505次学术讨论会。本次会议由中国科学院电工研究所严陆光研究员、中国电力科学研究院周孝信研究员、北京大学甘子钊教授、中国科学院物理研究所赵忠贤研究员、华中科技大学程时杰教授和中国科学院电工研究所肖立业研究员共同担任执行主席。来自各领域45名专家出席了本次会议。会议针对新型高温超导体与超导材料发展展望、大冷量长寿命制冷机及低温系统、超导输电技术在未来电网中应用、超导电力技术在改善电网安全稳定中的应用等中心议题进行了充分而热烈的讨论。

　　 严陆光研究员做了题为“超导电力技术发展现状及展望”的主题评述报告。他指出，人类在发展超导电力应用方面，已经经历了两个主要的阶段，并将迎来第三个阶段。第一阶段，人类开始了各种新超导体的探索研究，已经发现成千上万种新的超导材料，并在超导电性物理机制及超导材料物理方面开展了大量的研究，对超导电性的认识取得了长足的进步。第二阶段，实用化低温超导材料和高温超导材料及制冷技术的发展，促使各种超导电力装置的原理和关键技术研究及试验示范得到了很快的发展；人们也逐渐认识到超导电力技术真正走向规模化应用所存在的超导材料价格高、运行温度仍然较低所带来的一系列瓶颈问题。即将开始的第三阶段，将是超导电力技术真正向现实应用发展的阶段，也许需要经历20-30年的发展，其核心目标实现超导输电等技术的规模应用，需要重点在高温超导物理机制、提高高温超导体临界温度、降低高温超导材料价格等方面取得重大突破。他建议国家应稳定支持以发展超导输电技术规模应用为目标的研究，对我国未来能源和电网的发展具有重大意义。

　　 周孝信研究员做了题为“未来电网所面临的挑战及其对超导技术的需求分析”的主题评述报告。他首先从我国未来经济和社会发展需求、能源结构调整需求和态势、我国未来电力资源和负荷资源地理分布预测等角度，系统地阐述了我国未来电网中电力流的格局。他指出我国未来将有大约5亿千瓦的电力从西部送往东部，全国电网跨区互联仍将是我国的基本需求。为了实现未来电网这一远景，需要大力发展新型输电技术。在新型输电技术中，基于超导输电的直流输电网在原理上具有很大优势。但在中长期的时间尺度上，采用常规输电技术的直流输电网可能性更大，因为超导技术能否取得突破具有很大的不确定性。如果超导技术能够取得突破，将具有重大的意义。如果超导直流输电技术能够实现输送液氢或液化天然气与输送电力有机结合，那么将彻底改变我国未来能源与电力输送格局。他建议加强超导方面的基础研究，并选择有特殊需要和适当条件的场合开展示范研究。

　　 在主题评述报告讨论中专家认为：超导技术属于完全崭新的范式，它将彻底改变传统电网的模式。发展超导电力技术需要长期的努力，除了提高超导体的临界温度外，在超导材料、低温工程等各方面均有待于取得新的突破。发展超导电力技术需要一步一个脚印，当前可以选择电网有特殊需求而常规技术难以解决的方向作为切入点。采用超导技术解决损耗问题应首先考虑配电网，而不是远距离输电。直流骨干网采用超导，将会对电网产生革命性影响，而且也不需要发展特高压输电了。

　　一、新型高温超导体与超导材料发展展望

　　与会专家做了题为“新型高临界温度超导体的发展方向及前景”中心议题评述报告。认为结构上低维化、适当的电子关联长度以及接近结构、磁性或电荷的不稳定性或者Mott绝缘性是下一步研究更高临界温度超导体的主攻方向。

　　与会专家做了题为“液化天然气温度高温超导材料的发展展望”、“氧化物超导材料发展现状与前景”和“铁基超导材料研究现状与前景”专题报告。

　　在讨论中专家认为：超导体若要用于输电，运行温度还是需要进一步大幅度提高，否则应用会受到限制。降低超导材料成本是关键，同时也需要提高低温制冷系统的可靠性。对超导材料和低温有什么要求，需要做认真细致的分析和研究。第II代带材的价格下降空间可能有限，第I代带材的研究也可以继续关注。

　　二、大冷量长寿命制冷机及低温系统

　　 与会专家做了题为“大冷量长寿命制冷技术及低漏热低温系统”中心议题评述报告。节流制冷技术的系统可靠、成本低、效率高，在100-150K温区具有很广泛的用途。透平膨胀制冷技术在制冷量为10kW级（液氮温区）以上的系统中也具有很高的制冷效率和较强的竞争力。采用热声驱动的低温制冷技术可能是一个集超导电力输送、LNG输送与低温制冷的完美结合。

　　 与会专家做了题为“G-M制冷机及其在超导电力技术中的应用发展现状与前景”、“斯特林制冷机及其在超导电力技术中的应用发展现状与前景”和“低温结构材料与低温绝缘材料的发展及关键科学技术”专题报告。

　　 在讨论中专家认为：制冷机的自动化、故障提前预测预警、真空绝热可靠性等都是需要解决的重要问题。不一定要求10万小时无故障要求，保证在年度检修前的运行可靠性即可。如果制冷机停机后，冷却系统能够自动保持运行，也是对整个制冷系统的补充。

　　三、超导输电技术在未来电网中应用

　　 与会专家做了题为“超导输电技术在电网中的应用及其基础科学问题”中心议题报告。指出超导输电技术在电网中的应用，需要重点解决以下问题：新型高临界温度超导材料机理以及交直流超导输电装备在常态和故障态的物理特性，含超导输电装置的城市配电网和互联大电网的动态稳定性理论、经济运行理论、优化控制策略和安全保障理论，以及相关的长距离超导输电装置的冷却理论和技术、高压低温绝缘理论和技术等。

　　 与会专家做了题为“低温绝缘型高温超导输电电缆的关键科学与技术”、“大容量交流高温超导电缆关键科学技术”和“直流高温超导电缆技术与关键科学技术”专题报告。

　　 在讨论中专家认为：超导电缆运行电流的提高，会带来一系列问题，解决各种材料问题包括超导材料都很关键。超导输电与输送氢结合既清洁又高效。研究交流损耗、构造各向同性的复合材料也很重要。要有更大胆的超导输电研究与示范计划。电网对超导输电有需求，应该积极讨论政策支持问题。

　　四、超导电力技术在改善电网安全稳定中的应用

　　与会专家做了题为“超导电力技术在改善电网安全稳定性中的应用基础”中心议题报告。指出在电网运行层面上超导储能、限流器等的系统配置、超导装置与其他保护控制设备的协调控制对于充分发挥超导装置的作用至关重要。

　　与会专家做了题为“超导限流器及多功能超导电力装置及其在未来电网中的应用”、“超导储能技术及其在未来电网中的应用”和“饱和铁芯超导限流器的发展现状及关键科学技术”专题报告。

　　 在讨论中专家认为：超导储能系统与各种储能系统的复合应用对未来电网的发展有重要价值。直流超导限流器的研究是一个方向，交流超导限流器可能在某些特殊场合有应用需求。超导限流器虽有一定需求，但没有想象的那么大。

　　五、共识与建议

　　与会专家达成如下基本共识：

　　 1、超导电力技术是未来电网技术的重要研究发展方向之一。发展超导电力技术不仅总体上符合我国国家重大需求，而且具有很大的全局带动作用，意义重大。

　　 2、我国在超导研究方面已经有了良好的基础，通过进一步加强相关基础研究和技术攻关，可望形成我国的发展优势并为未来电网的发展提供科学技术支撑。

　　 3、澄清超导电性的物理机制、探索出更高临界温度或更高性能的新型超导体，是发展超导电力技术的关键。

　　 4、针对现有的超导材料，需要重点研究其磁通钉扎机制、制备工艺对载流能力等的影响、降低超导材料成本的优化工艺等，并探索制备液化天然气温度实用超导材料的可能性和可行性。

　　 5、加强大冷量、长寿命、高可靠性的制冷技术和低温技术的研究，重点探索制冷技术的新原理和高性能低温结构材料，提高制冷系统和低温系统的自动化水平和自适应调节能力，降低运行维护需求。

　　6、进一步探索超导电力装置的新原理和新结构，加强超导电力装置所涉及的大型超导线圈、低温高电压绝缘技术、性能退化机制等研究，提高装置附件技术的研究。

　　7、针对电网的现实需求，研究选择合适的应用目标，突破瓶颈技术和制造工艺，进行工程化水平的示范，为未来实际应用奠定基础。

　　 与会专家提出了如下建议：

　　1、超导电力技术属于重大前沿战略性高技术，一旦取得重大突破，将同时对电力、能源、交通、通讯、医疗、科学研究等带来重大的影响。因此建议国家科技部门长期稳定支持该方面的研究。为此应设立“超导电力技术行动计划”，加强总体设计和制订近、中、远期发展战略路线图，突出目标驱动导向，通过国家重点研究计划予以支持。

　　2、作为重要切入点，建议启动液化天然气温度的长距离超导能源管道示范工程项目，通过15-20年的努力，建成数百公里级的超导能源管道示范系统。围绕该项目，重点突破示范工程所涉及的关键科学技术问题，以点带面，促进我国超导技术在各个领域的应用发展。

　　 3、支持建立相应的研究试验平台和人才队伍。在国家层面加强组织，由研究部门、高校、电网公司和电力设备制造企业联合建立有关的研究试验平台，夯实研究条件；建立由各个部门联合组成的攻关团队，统一部署、协同攻关。

　　 4、在适当的时机，支持建立以国家资源投入为主、以具体的应用技术攻关为目标的研发型企业，并整合社会资源，以促进相关技术及其配套技术向现实生产力转化。