高温超导技术产业应用情况如何?

最佳答案 匿名用户编辑于2024/03/13 13:07

高温超导带材产业链加速成熟,推进超导技术产业化应用放量。

1. 高温超导感应加热设备开启放量元年

金属挤压成型之前需要预热,传统方式是采用工频炉或者燃气炉进行预热,高温超 导感应加热设备凭借其节能、加热均匀性高等优势将对传统加热方式形成替代。设备可 应用于铝、镁、钛、高温合金、特种钢等金属的加工,以铝挤压产线为例,铝挤压型材 终端产品主要应用于建筑门窗、轨道交通、汽车等领域。

高温超导感应加热设备由于其超导特性产生磁场无损耗,相较于传统加热方式具备 损耗低、透热性好等优点,未来有望大规模替代传统加热设备。感应加热是利用电磁感 应的方法使被加热的材料的内部产生电流,依靠这些涡流的能量来为金属加热。高温超 导加热方式相较于传统的加热方式存在多重优势: 1) 高能效,显著节省电费(节能):传统感应加热方式利用交变的磁场在静止坯料 中产生感应涡流,实现坯料加热。因为集肤效应,产生的涡流主要分布在锭料 表面,锭料的幅向加热效果的均匀性不佳,且铜圈自身会因为电阻产热,铜线圈会损耗 50%,拉低整体的能效。超导直流感应加热采用的接近零电阻的带材, 在超导直流感应加热技术中,超导线圈中功率损耗可忽略。 2) 高穿透、高均匀、高品质加热,显著提升工件良率(增效):高温超导设备可以 通过调整锭料的速度和增大磁场的强度,增大涡流效应的透入深度以实现更均 匀的幅向温度,相对于传统加热炉可以得到更深入、更均匀的轴向温度分布, 使得加热更有效率。高温超导设备可以通过改变磁场的密度来进行加热温度的 分布,进行梯度加热,实现不同部位的加热需求。

综合国内超导感应加热设备市场需求看:一台高温超导感应加热设备可以替换 2 台 传统工频炉,以每台挤压机配套 1 台高温超导感应加热设备计算,国内高温超导感应加 热设备市场容量约为 4500 台,每年新增市场需求数量为 200 台。国内高温超导感应加 热设备市场空间超 400 亿元。

高温超导感应加热设备已经通过节能认证,符合双碳发展趋势,有望加速设备替代 进程。公司高温超导设备成功通过“上海市节能减排产品”专家评审,后续全国各地企 业购买公司设备均可以依据地区政策和设备价格获取节能补贴,如广东省各地可给予设 备投资额 20%-30%不等的补贴,且部分省市县区的扶持政策可以叠加实施,实际补贴总 额最高地区可接近设备投资额的 40%。

联创光电推出的全球首台兆瓦级高温超导感应加热设备顺利实现 0-1 市场拓展,即 将迎来规模化放量元年。目前国内仅有联创光电一家公司具备高温超导感应加热设备生 产能力,且构筑起全面专利壁垒,技术领先全球数年。同 2021 年末,公司首台大容量 超导感应加热器正式交付中铝东轻,2022 年投入生产,验收节能效果显著并于哈尔滨举 行产品验收仪式,验收仪式上公司进一步收获其他意向客户订单,标志着高温超导感应 加热设备顺利实现市场 0-1 突破。公司已经与广亚铝业、南平铝业等客户进一步签订合 作协议,对客户现有及未来新增铝挤压、锻压生产线进行全面节能技改,公司当前在手 订单超 60 台,预计于今年逐步开启批量化交付。

2. 超导电缆多个示范工程正式投运,批量化铺设指日可待

基于高温超导材料的超导电缆导电能力是相同横截面铜线的 200 倍,且输电损耗接 近于零。超导电缆,是指用超导体代替铜和铝等常规导体来输电的电缆。超导输电的原 理是在零下 196 摄氏度的液氮环境下,利用超导材料的导电特性,使电力传输介质接近 于零电阻,电能传输损耗接近于零,从而实现低电压等级的大容量输电。使用电阻接近 于零的超导线可以大幅降低送电时产生的电力损失。超导线的导电能力是相同横截面铜 线的约 200 倍。

超导电缆相较于传统电缆具备多重优势: 1)输电损耗极低。超导线缆由于自身超 导特性,相较于传统的线缆无损耗,一条 35 千伏超导电缆可替代 4 到 6 条相同电压等级的传统电缆。2)节省建设成本和占地面积。超导电缆无损耗,无需升压送电再在用户 端变压,因此可以低压传输电力,节省变压器等装置建设成本及占地面积。3)相较于传 统电缆节省 70%地下管廊空间。地下综合管廊是城市地下用于集中敷设电力、通信、广 播电视、给水、排水、热力、燃气等市政管线的公共隧道,随着 5G 通信等技术的进一 步发展,地下综合管廊中线路铺设将愈发拥挤,超导线缆可以有效解决窄通道大容量输 电的难题,消除负荷热点地区的供电“卡脖子”现象。

超导线缆已经在国内试点成功,正开启规模化应用。近两年,我国已经有两条超导 线缆分别在深圳和上海实现顺利铺设并且持续供电。2021 年 9 月,深圳试点 400 米长超 导电缆成功为标志性建筑平安大厦供电,标志着我国的超导电缆开始走入普通百姓的生 活中。同年 12 月,国家电网建设成功中国首条 35 千伏公里级高温超导电缆示范工程, 全长 1.2 公里,为上海徐家汇地区 4 万多户家庭和核心商业街供电,是目前世界上用户 数量最多的超导电缆。目前,国内奥盛正集结长三角超导产业链联盟,谋划推进 5 公里 级超导电缆输电工程。

我国城市密集度加速提升,地下走廊空间有限,进一步开发新的电缆沟成本高企, 显著节省空间的超导线缆正逐步开启大规模应用。全球 AI 技术商业化加速推进、国内 数字经济政策加速落地多重催化下,对数据流量以及电能消耗将加速上升,作为数据流 量的管道光纤光缆以及输电通道的电缆建设将同步加速,挤压地下综合管廊空间。长三 角超导产业链联盟正积极申报上海中心城区和五个新城的 5 公里级超导电缆工程立项, 推动超导电缆规模化产业应用。我国 10 千伏及以上电力电缆的年需求量约为 10 万公 里,假设其总量的 1%使用高温超导电缆,则高温超导电缆在我国每年的需求总量将会 达到 1000 公里,市场空间可达千亿元。