中國儲能網(wǎng)訊：近日，我國第一根千米級第二代高溫超導帶材在上海上創(chuàng)超導科技有限公司位于奉賢工業(yè)區(qū)內(nèi)的超導生產(chǎn)車間內(nèi)正式下線，這是國內(nèi)第一條單根長度達千米的第二代高溫超導帶材，標志著我國高溫超導技術向產(chǎn)業(yè)化又邁進了一大步。
上海高溫超導帶材產(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)設備的自主設計與加工完畢，2013年5月國內(nèi)首條具有自主知識產(chǎn)權的第二代高溫超導生產(chǎn)線建成，再經(jīng)過60天的系統(tǒng)調(diào)試和攻關會戰(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帶材產(chǎn)業(yè)之路。公司技術總監(jiān)、上海大學超導與應用技術研究中心主任蔡傳兵教授最近在意大利召開的歐洲應用超導大會上發(fā)出了中國超導產(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，中國人高溫超導產(chǎn)業(yè)的夢想，伴隨著這條超長第二代高溫超導帶材的出爐，越來越近，越來越現(xiàn)實。
高溫超導材料到底為何物？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“超導與應用技術研究中心”。
據(jù)他介紹，高溫超導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的氧化物超導材料。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)銅鋁導線的150倍，被廣泛應用于電力、電子、軍事和醫(yī)療等許多領域。從1911年第一次發(fā)現(xiàn)超導現(xiàn)象到1985年期間，超導材料均為金屬或合金，只能在液氦環(huán)境下工作，一般稱為低溫超導材料或傳統(tǒng)金屬超導材料。1986年，科學家的視角開始觸及到氧化物陶瓷材料，超導轉(zhuǎn)變溫度超過液氮溫度，這類材料被稱為高溫超導材料。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，高溫超導材料已發(fā)展到第二代。蔡傳兵說，第一代高溫超導帶材在Bi系氧化物高溫超導體采用傳統(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。第二代高溫超導帶材是基于金屬基帶上的薄膜外延技術，使高溫超導在電力工程中的廣泛應用成為可能，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、日等國高溫超導材料產(chǎn)業(yè)化技術取得重大突破并很快進入商業(yè)化階段。典型的高溫超導帶材最核心的是釔鋇銅氧化物超導層。上創(chuàng)超導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公司正式采用化學溶液涂覆技術實現(xiàn)了大規(guī)模第二代高溫超導帶材的市場化生產(chǎn)，成為當今世界上最大的超導帶材供應商。
進入21世紀，隨著美、日、德、韓等發(fā)達國家，先后實現(xiàn)高溫超導帶材的產(chǎn)業(yè)化，一系列智能電網(wǎng)用大型超導示范項目不斷涌現(xiàn)，大面積推廣在即。
上海市經(jīng)信委相關處室負責人表示，為加強自主創(chuàng)新能力，搶占技術制高點，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)有關單位研制出低成本、高質(zhì)量的第二代高溫超導帶材，并實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，進而開發(fā)出超導電纜、超導電機、超導限流器、超導變壓器、超導成像儀等應用產(chǎn)品。
正是基于此，上創(chuàng)超導公司浮出水面。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項目等重大科研任務。團隊掌握了具有自主知識產(chǎn)權的高溫超導材料成材工藝和裝備技術，建立了獨特的低成本技術路線，在新型高效緩沖層和超導層人工磁通釘扎和厚度效應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，也一直默默關注國內(nèi)超導產(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，薛華實負責資金，中國超導產(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下，這一黃金搭檔籌劃了上海市首家致力于高溫超導帶材產(chǎn)業(yè)化的超導公司。通過技術轉(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)超導公司，占公司30%股權；在薛華實牽頭下，上海匯陽超導材料公司投資現(xiàn)金占公司70%股權。
高溫超導將掀起一場電力技術革命
根據(jù)美國能源部預測，隨著第二代高溫超導帶材制備技術的成熟，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。正如半導體帶來了資訊時代、光纖帶來了傳訊時代，高溫超導材料將從根本上改變?nèi)祟惖挠秒姺绞?，給電力、能源、交通等領域帶來革命性的技術進步。
薛華實說，世界主要發(fā)達國家均把超導電力技術視為具有經(jīng)濟戰(zhàn)略意義的高新技術。美國能源部認為超導電力技術將是21世紀電力工業(yè)唯一的高技術儲備，日本認為發(fā)展高溫超導電力技術是在21世紀的高技術競爭中保持尖端優(yōu)勢的關鍵所在。在我國，《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》（2006-2020）把高溫超導技術確立為新材料前沿技術之一。
蔡傳兵表示，超導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； 建設超導智能電網(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，由于超導帶材載流能力是同尺寸銅導線的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年代在超導研究領域經(jīng)歷了一個低谷時期。最近幾年，上海在第二代高溫超導帶材及其超導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上給予大力支持，建立了較好的基礎，與第一代高溫超導材料相比，上海的第二代超導帶材研究在全國處于相對優(yōu)勢地位。上海已把超導產(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)第二代高溫超導帶材市場化生產(chǎn)，超導電纜、超導限流器等電力示范工程不斷增加。
分析認為，雖然我國在超導電力研發(fā)和應用都落后于美國，如果我們抓住機會大力發(fā)展，我國超導電力應用在晚于美國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年我國超導電力規(guī)?？赏_到9130億美元，其中超導電纜約占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材料市場的機遇與風險，上創(chuàng)超導與上海大學緊密合作，注重打造高溫超導領域產(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)提供技術服務，高尖端測試表征技術手段。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，超導電力技術包括超導電纜、超導風機、超導儲能系統(tǒng)、超導限流器、超導變壓器等，超導電力是新型節(jié)能技術，它的應用將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益。大學開展相關研究，促進產(chǎn)業(yè)研合作的同時，提升和加強高校相關學科的內(nèi)涵建設。此外，超導電力是新型節(jié)能輸電技術，高校開展相關研究將為上海乃至國家傳統(tǒng)行業(yè)技術轉(zhuǎn)型，特別是在節(jié)能減排新技術方面提供技術服務，同時為社會培養(yǎng)和輸送新型技術和研發(fā)人才。
上海大學高溫超導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帶材的基礎研究和產(chǎn)業(yè)化攻關等方面走到了全國的前列。
為保障公司的超導技術持續(xù)領先，公司一方面委托上海大學開展技術攻關，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技術實際應用單位全面合作，不斷推動新技術在下游領域的應用。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，為推進超導及其應用技術的發(fā)展，按照“產(chǎn)、學、研、用”相結合的原則，上海市組建了“上海高溫超導電纜產(chǎn)業(yè)化及工程應用產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”，該聯(lián)盟基本涵蓋了上海地區(qū)超導領域的優(yōu)勢團隊。上創(chuàng)超導正在積極與該聯(lián)盟進行全面合作，為上海占領全國超導產(chǎn)業(yè)技術的制高點貢獻力量。上創(chuàng)超導離夢想越來越近
超導帶材一般分為保護層、基帶、緩沖層和超導層。其中超導層是核心。在第二代高溫超導帶材的研究上，上創(chuàng)采用的是一條直流反應磁控濺射法制備緩沖層、溶膠涂覆法制備超導層的低成本技術路線，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)化基地建設和國外關鍵設備的采購，在國內(nèi)同行業(yè)二代高溫超導的布局上速度最快，第一家建成廠房。
在上創(chuàng)超導的車間內(nèi)，兩條標準化的高溫超導帶材生產(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)超導的發(fā)展將以第二代高溫超導帶材及其金屬基帶規(guī)?；a(chǎn)、基于超導線圈的變壓器、發(fā)電機、磁體等應用器件的關鍵共性技術攻關為目標，開展相關超導材料工程化制造和超導應用技術研究，力爭在高溫超導技術與產(chǎn)品、工業(yè)級生產(chǎn)設備的國產(chǎn)化、自主知識產(chǎn)權方面獲得突破，掌握對超導產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術進步具有重大作用的核心技術。
公司對奉賢產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的建設布局進行了多次充分論證，整體規(guī)劃和建設方案合理可行，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)公司超導帶材產(chǎn)業(yè)化及應用器件開發(fā)分為建設期、量產(chǎn)期和規(guī)模期三個階段。建設期內(nèi)，主要任務是加快基帶與超導帶材量產(chǎn)中試，完善上創(chuàng)上大聯(lián)合研發(fā)中心建設，強化人才隊伍建設。完成第二代高溫超導帶材產(chǎn)業(yè)化關鍵技術，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，投資開展生產(chǎn)區(qū)建設；完成千米帶材產(chǎn)品型號定型與標準制訂工作；系統(tǒng)開展超導帶材下游應用產(chǎn)品的開發(fā)，建設超導產(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，形成第二代高溫超導帶材產(chǎn)業(yè)化系列產(chǎn)品，達到年產(chǎn)2000-5000千米超導帶材的生產(chǎn)規(guī)模。預計之后企業(yè)將進入良性生產(chǎn)經(jīng)營循環(huán)期，并相繼完成超導帶材的相關應用開發(fā)。
第三階段規(guī)模期的投入重點在新廠區(qū)建設，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，用于擴大超導帶材產(chǎn)能、超導應用產(chǎn)品及相關自主知識產(chǎn)權裝備的生產(chǎn)。此階段計劃根據(jù)量產(chǎn)期的進展和超導產(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產(chǎn)業(yè)高端峰會時，中國能夠獲得足夠的話語權，中國的國旗也能夠在會場飄揚。這，就是上創(chuàng)超導的夢想，也是上創(chuàng)超導團隊的中國夢！
