上海高溫超導(dǎo)帶材產(chǎn)業(yè)在全國率先發(fā)力
2011年三季度公司成立，2012年底潔凈廠房裝修和生產(chǎn)設(shè)備的自主設(shè)計與加工完畢，2013年5月國內(nèi)首條具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第二代高溫超導(dǎo)生產(chǎn)線建成，再經(jīng)過60天的系統(tǒng)調(diào)試和攻關(guān)會戰(zhàn)，在上海這片中國經(jīng)濟發(fā)展最強勁的熱土上實現(xiàn)了千米帶材的試生產(chǎn)。上海上創(chuàng)超導(dǎo)公司用不到2年的時間，走完了美、日、德等發(fā)達國家十幾年走的高溫超導(dǎo)帶材產(chǎn)業(yè)之路。公司技術(shù)總監(jiān)、上海大學超導(dǎo)與應(yīng)用技術(shù)研究中心主任蔡傳兵教授最近在意大利召開的歐洲應(yīng)用超導(dǎo)大會上發(fā)出了中國超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的“最強音”，著實讓“西方列強”們驚訝不已。公司總經(jīng)理薛華實興奮地對筆者說，中國人高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的夢想，伴隨著這條超長第二代高溫超導(dǎo)帶材的出爐，越來越近，越來越現(xiàn)實。
高溫超導(dǎo)材料到底為何物？蔡傳兵可謂如數(shù)家珍。這位積極推進高校科技成果向企業(yè)轉(zhuǎn)化的跨界技術(shù)專家，身上散發(fā)著創(chuàng)業(yè)者的熾熱之情，又依然帶著學者濃濃的儒雅氣質(zhì)。他先后在中國科學院微系統(tǒng)所（原中科院上海冶金所）、日本大阪大學、英國伯明翰大學和德國萊布尼茨研究所等從事高溫超導(dǎo)材料研究，2005年獲上海首批“浦江人才計劃”支持從海外引進，并在上海大學組建“超導(dǎo)與應(yīng)用技術(shù)研究中心”。
據(jù)他介紹，高溫超導(dǎo)材料是指在價格低廉的液氮溫度環(huán)境下具有零電阻效應(yīng)的氧化物超導(dǎo)材料。憑借獨特的零電阻特性，可以實現(xiàn)無損耗的大電流傳輸、且單位面積載流能力是常規(guī)銅鋁導(dǎo)線的150倍，被廣泛應(yīng)用于電力、電子、軍事和醫(yī)療等許多領(lǐng)域。從1911年第一次發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象到1985年期間，超導(dǎo)材料均為金屬或合金，只能在液氦環(huán)境下工作，一般稱為低溫超導(dǎo)材料或傳統(tǒng)金屬超導(dǎo)材料。1986年，科學家的視角開始觸及到氧化物陶瓷材料，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度超過液氮溫度，這類材料被稱為高溫超導(dǎo)材料。其實，高溫只是相對而言，其攝氏溫度仍是零下196度，但由于運行介質(zhì)由稀缺昂貴的液氦，轉(zhuǎn)換為隨處可見的液氮，使用成本大大下降，絕熱保溫條件也較容易提供和保障。
目前，高溫超導(dǎo)材料已發(fā)展到第二代。蔡傳兵說，第一代高溫超導(dǎo)帶材在Bi系氧化物高溫超導(dǎo)體采用傳統(tǒng)的粉末套裝拉絲工藝制備而得，其在液氮溫區(qū)的不可逆場較低，交流損耗大，難以滿足交流傳輸和強磁場的應(yīng)用要求；同時，在制作工藝中離不開貴金屬銀，使得它成本難以下降，在市場上無法大規(guī)模推廣。第二代高溫超導(dǎo)帶材是基于金屬基帶上的薄膜外延技術(shù)，使高溫超導(dǎo)在電力工程中的廣泛應(yīng)用成為可能，更為可貴的是其可在價廉的Ni或Ni基合金,甚至一般的不銹鋼帶上通過合適的緩沖層外延生長而成，材料成本大大低于第一代，具有極高的性價比，可望很快能達到現(xiàn)在常規(guī)的銅鋁導(dǎo)線，屆時連保守的電力企業(yè)也很難抵擋其節(jié)能高效的誘惑。
據(jù)了解，自上世紀90年代末以來，美、日等國高溫超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)取得重大突破并很快進入商業(yè)化階段。典型的高溫超導(dǎo)帶材最核心的是釔鋇銅氧化物超導(dǎo)層。上創(chuàng)超導(dǎo)的千米級帶材采用的是低成本的化學法工藝路線。世界知名的美國超導(dǎo)公司正式采用化學溶液涂覆技術(shù)實現(xiàn)了大規(guī)模第二代高溫超導(dǎo)帶材的市場化生產(chǎn)，成為當今世界上最大的超導(dǎo)帶材供應(yīng)商。
進入21世紀，隨著美、日、德、韓等發(fā)達國家，先后實現(xiàn)高溫超導(dǎo)帶材的產(chǎn)業(yè)化，一系列智能電網(wǎng)用大型超導(dǎo)示范項目不斷涌現(xiàn)，大面積推廣在即。
上海市經(jīng)信委相關(guān)處室負責人表示，為加強自主創(chuàng)新能力，搶占技術(shù)制高點，國家戰(zhàn)略需求和地方經(jīng)濟創(chuàng)新轉(zhuǎn)型等各方面均急需國內(nèi)有關(guān)單位研制出低成本、高質(zhì)量的第二代高溫超導(dǎo)帶材，并實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，進而開發(fā)出超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)電機、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)成像儀等應(yīng)用產(chǎn)品。
正是基于此，上創(chuàng)超導(dǎo)公司浮出水面。從2005年從德國回國后，蔡傳兵在上海大學組建研究團隊，先后主持承擔了國家“863”、上海市重點重大科技攻關(guān)項目等重大科研任務(wù)。團隊掌握了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高溫超導(dǎo)材料成材工藝和裝備技術(shù)，建立了獨特的低成本技術(shù)路線，在新型高效緩沖層和超導(dǎo)層人工磁通釘扎和厚度效應(yīng)方面取得了一系列研究成果。
但如何使校內(nèi)的研究成果轉(zhuǎn)換為市場化產(chǎn)品，需要資本的合作和實體的投資。而此時，蔡傳兵的老朋友，也一直默默關(guān)注國內(nèi)超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的薛華實，與他站在了一起。薛華實不但擁有中科院上海冶金研究所的博士學位，還有在中石油上海分公司的多年管理經(jīng)驗。蔡傳兵負責技術(shù)，薛華實負責資金，中國超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)界誕生了一對黃金搭檔。2011年年初，在上海市科委和上海大學的全力打造和指導(dǎo)下，這一黃金搭檔籌劃了上海市首家致力于高溫超導(dǎo)帶材產(chǎn)業(yè)化的超導(dǎo)公司。通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓，上海大學資產(chǎn)管理有限公司以無形資產(chǎn)入股上創(chuàng)超導(dǎo)公司，占公司30%股權(quán)；在薛華實牽頭下，上海匯陽超導(dǎo)材料公司投資現(xiàn)金占公司70%股權(quán)。
高溫超導(dǎo)將掀起一場電力技術(shù)革命
根據(jù)美國能源部預(yù)測，隨著第二代高溫超導(dǎo)帶材制備技術(shù)的成熟，其價格性能比在未來幾年將會大幅下降，最終將低于銅的價格性能比。正如半導(dǎo)體帶來了資訊時代、光纖帶來了傳訊時代，高溫超導(dǎo)材料將從根本上改變?nèi)祟惖挠秒姺绞?，給電力、能源、交通等領(lǐng)域帶來革命性的技術(shù)進步。
薛華實說，世界主要發(fā)達國家均把超導(dǎo)電力技術(shù)視為具有經(jīng)濟戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)。美國能源部認為超導(dǎo)電力技術(shù)將是21世紀電力工業(yè)唯一的高技術(shù)儲備，日本認為發(fā)展高溫超導(dǎo)電力技術(shù)是在21世紀的高技術(shù)競爭中保持尖端優(yōu)勢的關(guān)鍵所在。在我國，《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》（2006-2020）把高溫超導(dǎo)技術(shù)確立為新材料前沿技術(shù)之一。
蔡傳兵表示，超導(dǎo)電力傳輸具有能量損耗低、輸送容量大、體積小、電磁污染少等優(yōu)點； 建設(shè)超導(dǎo)智能電網(wǎng)是解決常規(guī)電纜遠距離輸電時的高電路損耗和對超高壓電纜及技術(shù)依賴的唯一途徑。
例如，從內(nèi)蒙到上海通過傳統(tǒng)輸電方式至少需要500千伏的電壓，而通過超導(dǎo)電纜僅僅需要220伏即可輸送，可以大大降低輸電線路的電壓等級。另外，由于超導(dǎo)材料無電阻，能大幅度地降低輸電過程中的電力損耗。常規(guī)銅或鋁導(dǎo)線輸電系統(tǒng)中，約有15%的電能損耗在輸電線路上；2008年全國社會用電總量近35000億千瓦時，每年電量損耗高達3000億度，相當于三個投資在1200億元以上的核電站總發(fā)電容量；其中上海市約占3.6%，每年損耗112億度電，折合人民幣100多億元。同時，由于超導(dǎo)帶材載流能力是同尺寸銅導(dǎo)線的150倍，可顯著提升輸電能力，節(jié)約材料并優(yōu)化城市空間。由此可見，將上海乃至國家電網(wǎng)進行革新改造，發(fā)展超導(dǎo)電網(wǎng)，具有不可估量的經(jīng)濟價值和社會效益。
據(jù)了解，上海在上世紀90年代在超導(dǎo)研究領(lǐng)域經(jīng)歷了一個低谷時期。最近幾年，上海在第二代高溫超導(dǎo)帶材及其超導(dǎo)電纜研究上緊抓不放，市科委、市經(jīng)信委等在人才和專項攻關(guān)上給予大力支持，建立了較好的基礎(chǔ)，與第一代高溫超導(dǎo)材料相比，上海的第二代超導(dǎo)帶材研究在全國處于相對優(yōu)勢地位。上海已把超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)定位為重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是未來智能電網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分之一。
近年來，美國、日本、韓國和歐洲等多國先后成功研制出長度超過千米，單位厘米寬傳輸電流200安培以上的第二代高溫超導(dǎo)帶材，發(fā)達國家的一些公司已經(jīng)實現(xiàn)第二代高溫超導(dǎo)帶材市場化生產(chǎn)，超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)限流器等電力示范工程不斷增加。
分析認為，雖然我國在超導(dǎo)電力研發(fā)和應(yīng)用都落后于美國，如果我們抓住機會大力發(fā)展，我國超導(dǎo)電力應(yīng)用在晚于美國5年（2025年）后可望獲得其1/3的規(guī)模（占全國GDP的5%）。粗略估計，2025年我國超導(dǎo)電力規(guī)模可望達到9130億美元，其中超導(dǎo)電纜約占55%，即5020億美元，占全國GDP 的2.75%。
打造產(chǎn)學研用聯(lián)動發(fā)展模式
面對第二代高溫超導(dǎo)材料市場的機遇與風險，上創(chuàng)超導(dǎo)與上海大學緊密合作，注重打造高溫超導(dǎo)領(lǐng)域產(chǎn)學研用聯(lián)動發(fā)展的新模式。一方面，企業(yè)為大學提供了技術(shù)轉(zhuǎn)移、學科提升和人才實踐活動的平臺。另一方面，大學為企業(yè)提供技術(shù)服務(wù)，高尖端測試表征技術(shù)手段。同時大學為企業(yè)不斷輸送年輕的專業(yè)人才，為企業(yè)發(fā)展增添后勁。
據(jù)介紹，超導(dǎo)電力技術(shù)包括超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)風機、超導(dǎo)儲能系統(tǒng)、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)變壓器等，超導(dǎo)電力是新型節(jié)能技術(shù)，它的應(yīng)用將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益。大學開展相關(guān)研究，促進產(chǎn)業(yè)研合作的同時，提升和加強高校相關(guān)學科的內(nèi)涵建設(shè)。此外，超導(dǎo)電力是新型節(jié)能輸電技術(shù)，高校開展相關(guān)研究將為上海乃至國家傳統(tǒng)行業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)型，特別是在節(jié)能減排新技術(shù)方面提供技術(shù)服務(wù)，同時為社會培養(yǎng)和輸送新型技術(shù)和研發(fā)人才。
上海大學高溫超導(dǎo)帶材的團隊骨干成員有個共同特點，就是具有在中國科學院的學習和工作背景。他們來自中國科學院的不同研究所，包括中科院微系統(tǒng)所、中科院硅酸鹽所、中科院物理所、中科院上海光機所和中科院寧波材料所等，這樣的學術(shù)背景使團隊敢于以國家及地方重大科技的發(fā)展需要為己任，積極與“985”高校和中科院團隊在同領(lǐng)域中開展合作與競爭，積極爭取并承擔了國家和地方多項重大科技攻關(guān)項目。也正是有這樣的勇氣和信心，經(jīng)過幾年的自強不息努力，使上海大學在第二代高溫超導(dǎo)帶材的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)等方面走到了全國的前列。
為保障公司的超導(dǎo)技術(shù)持續(xù)領(lǐng)先，公司一方面委托上海大學開展技術(shù)攻關(guān)，充分利用上海大學的多學科優(yōu)勢。另一方面同上海電氣集團、中船重工、中國變壓器集團上海變壓器有限公司、上海電纜研究所、沈陽匯成電纜集團有限公司、上海電氣電站集團等超導(dǎo)技術(shù)實際應(yīng)用單位全面合作，不斷推動新技術(shù)在下游領(lǐng)域的應(yīng)用。同時與上海格林賽新材料有限公司、上海化工研究院等上游產(chǎn)品研發(fā)單位強化合作，持續(xù)降低原材料成本。
同時，為推進超導(dǎo)及其應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，按照“產(chǎn)、學、研、用”相結(jié)合的原則，上海市組建了“上海高溫超導(dǎo)電纜產(chǎn)業(yè)化及工程應(yīng)用產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”，該聯(lián)盟基本涵蓋了上海地區(qū)超導(dǎo)領(lǐng)域的優(yōu)勢團隊。上創(chuàng)超導(dǎo)正在積極與該聯(lián)盟進行全面合作，為上海占領(lǐng)全國超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的制高點貢獻力量。上創(chuàng)超導(dǎo)離夢想越來越近
超導(dǎo)帶材一般分為保護層、基帶、緩沖層和超導(dǎo)層。其中超導(dǎo)層是核心。在第二代高溫超導(dǎo)帶材的研究上，上創(chuàng)采用的是一條直流反應(yīng)磁控濺射法制備緩沖層、溶膠涂覆法制備超導(dǎo)層的低成本技術(shù)路線，適于批量化生產(chǎn)，具有特色和優(yōu)勢，與國內(nèi)外研發(fā)和生產(chǎn)單位形成錯位發(fā)展。
據(jù)薛華實介紹，2011年公司成立后，便啟動了產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)和國外關(guān)鍵設(shè)備的采購，在國內(nèi)同行業(yè)二代高溫超導(dǎo)的布局上速度最快，第一家建成廠房。
在上創(chuàng)超導(dǎo)的車間內(nèi)，兩條標準化的高溫超導(dǎo)帶材生產(chǎn)線，看起來似乎并不起眼，但卻已經(jīng)代表著國內(nèi)最高的技術(shù)水準。薛華實自豪的說，其中的一條生產(chǎn)線完全是國產(chǎn)化，與旁邊從美國定制的生產(chǎn)線在性能上已經(jīng)差別不大。
上創(chuàng)超導(dǎo)的發(fā)展將以第二代高溫超導(dǎo)帶材及其金屬基帶規(guī)模化生產(chǎn)、基于超導(dǎo)線圈的變壓器、發(fā)電機、磁體等應(yīng)用器件的關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)為目標，開展相關(guān)超導(dǎo)材料工程化制造和超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)研究，力爭在高溫超導(dǎo)技術(shù)與產(chǎn)品、工業(yè)級生產(chǎn)設(shè)備的國產(chǎn)化、自主知識產(chǎn)權(quán)方面獲得突破，掌握對超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)進步具有重大作用的核心技術(shù)。
公司對奉賢產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的建設(shè)布局進行了多次充分論證，整體規(guī)劃和建設(shè)方案合理可行，完全能滿足產(chǎn)業(yè)化的要求，在奉賢區(qū)政府各部門及奉賢經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的大力扶持和支持下，目前產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地已投入使用。
根據(jù)規(guī)劃，上創(chuàng)公司超導(dǎo)帶材產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用器件開發(fā)分為建設(shè)期、量產(chǎn)期和規(guī)模期三個階段。建設(shè)期內(nèi)，主要任務(wù)是加快基帶與超導(dǎo)帶材量產(chǎn)中試，完善上創(chuàng)上大聯(lián)合研發(fā)中心建設(shè)，強化人才隊伍建設(shè)。完成第二代高溫超導(dǎo)帶材產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，完善研發(fā)、生產(chǎn)條件及于2014年完成新增兩條千米帶材產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線建設(shè)，投資開展生產(chǎn)區(qū)建設(shè)；完成千米帶材產(chǎn)品型號定型與標準制訂工作；系統(tǒng)開展超導(dǎo)帶材下游應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)，建設(shè)超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)上下游一體、產(chǎn)學研共同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)基地。
項目完成試產(chǎn)階段后進入量產(chǎn)期。量產(chǎn)期內(nèi)，生產(chǎn)規(guī)?？筛鶕?jù)市場開發(fā)情況進行安排，完成新增四條千米帶材產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線建設(shè)，形成第二代高溫超導(dǎo)帶材產(chǎn)業(yè)化系列產(chǎn)品，達到年產(chǎn)2000-5000千米超導(dǎo)帶材的生產(chǎn)規(guī)模。預(yù)計之后企業(yè)將進入良性生產(chǎn)經(jīng)營循環(huán)期，并相繼完成超導(dǎo)帶材的相關(guān)應(yīng)用開發(fā)。
第三階段規(guī)模期的投入重點在新廠區(qū)建設(shè)，現(xiàn)正同奉賢區(qū)經(jīng)濟開發(fā)區(qū)協(xié)調(diào)工業(yè)用地100畝，用于擴大超導(dǎo)帶材產(chǎn)能、超導(dǎo)應(yīng)用產(chǎn)品及相關(guān)自主知識產(chǎn)權(quán)裝備的生產(chǎn)。此階段計劃根據(jù)量產(chǎn)期的進展和超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況，再確定實施時點。如量產(chǎn)期的進展良好，超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的市場發(fā)展迅速，第三階段規(guī)模期的投入可在量產(chǎn)期內(nèi)同步進行。
在蔡傳兵的心中一直有一個夢想，他希望兩年后他再參加國際超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)高端峰會時，中國能夠獲得足夠的話語權(quán)，中國的國旗也能夠在會場飄揚。這，就是上創(chuàng)超導(dǎo)的夢想，也是上創(chuàng)超導(dǎo)團隊的中國夢！
