使用1萬升液氮，東電在日本首次開展超導電纜併網送電試驗

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【日經BP社報導】 「在日本國內首次將高溫超導電纜併入了電網。」

東京電力、住友電氣工業和前川製作所于2012年10月29日啟動了將高溫超導電纜併入電網送電的實證試驗。該試驗是日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）的「高溫超導電纜驗證項目」的一部分，將在一年的時間內連續使用超導電纜進行實際送電作業。

驗證試驗啟動儀式

超導電纜採用住友電氣工業開發的鉍（Bi）類材料超導線「DIBSCCO」，將三根高溫超導線收放在一根隔熱管中。這種構造的電纜被叫做「三芯一體型超導電纜」（圖1）。該電纜的隔熱管為不銹鋼的雙重構造，兩層不銹鋼之間在室溫狀態下形成10-3 Torr左右的真空以實現隔熱。有超導線的內側部分流過69K（-204℃）的液體氮進行冷卻。現已確認，實際工作時，每根電纜將輸送約66kV、約400A的電力。另外，雖然電流值會隨負荷而變化，不過額定電流為1750A。

為進行此次的實證試驗，對東京電力旭變電站（橫濱市）內的三台變壓設備中的一台進行了改造，在將發電站送來的154kV電力變壓至66kV之後的送電部分接入了240m的超導電纜（圖2）。

圖1：利用住友電氣工業的高溫超導電纜送電 此次試驗使用住友電氣工業開發的用雙層不銹鋼隔熱管包住3根輸電線的「三芯一體型高溫超導電纜」進行送電（a）。每根電纜將輸送電壓約66kV、電流約400A的電力（b）。（（a）由NEDO拍攝）

圖2：鋪設了240m超導電纜 在旭變電站內鋪設了240m超導電纜，並建設了用來冷卻超導電纜的冷卻系統機房。

由於是實證試驗，因此將超導電纜一部分以5m的曲率半徑彎曲，一部分鋪設在地下，還在中途設置了中間連接部分（接頭），由此來對包括電線鋪設、運轉、維護檢修在內的綜合可靠性展開驗證。此外，還將確認切換超導電纜與普通銅線的終端連接部分的可靠性及耐用性。

冷卻系統由前川製作所負責製造，設置了6台1kW製冷機、2台循環泵和1個液體氮儲備罐。由於製冷機的壽命只有8000小時左右，因此需要對6台製冷機進行維護檢修以保證冷凍能力。循環泵方面也為防備出現故障而設置了2台，平時是提高其中一台的負荷率來使用。此次的驗證試驗需要3.5kW左右的冷凍能力，要使約1萬升液氮以40L/分的速度迴圈。


爭取使在城區的建設成本減半

超導電纜的優點是能以很細的線傳輸很大的電流，原因是其能量損失比原來使用的銅線小，且單位面積流過的電流是銅線的20倍。現在，前川製作所正在試製能源消耗效率（COP）為0.1的製冷機，如果採用該製冷機，可將超導送電的損耗降至約50W/m，只有以前使用的銅線的一半注1）。

注1）超導電纜的損耗方面，交流損耗為2W/m，因熱侵入而引起的損耗為3W/m，合計為5W/m左右。由於用來冷卻超導電纜的製冷機有損耗，使用COP為0.1的製冷機時，整體損耗約為50W/m。

東京電力希望在2020年之前解決技術難題，將超導電纜用於實用。首先設想在10k～20km左右的距離短城區送電中使用。

城區一直採用在直徑2100mm的電纜隧道內鋪設275kV電纜（銅線3根1組×3線路）的施工方法，除隧道施工外，還需要鋪設水冷管以防止隧道內變熱等，建設成本非常高（圖3）。

圖3：可以使用不需要隧道施工的管道 城區等的送電原來要建設直徑2100mm的電纜隧道，採用9根75kV的電纜。而如果採用超導電纜，使用530mm見方的管道即可送電。（圖由《日經電子》根據NEDO的資料製作）

如果在這一部分採用超導電纜，只需3根直徑150mm的電纜，便可通過530mm見方左右的送電管道輸送很大的電力。建設成本方面，到2020年，採用超導電纜會更加便宜，「只需要包含隧道施工在內的傳統建設費用的一半左右」（東京電力）。（記者：狩集 浩志，《日經電子》）

http://big5.nikkeibp.com.cn/news/econ/63507-20121112.html?ref=ML&start=1

冷卻氮氣所使用能量大於挽回的損失能量.