中国储能网讯：近日，我国第一根千米级第二代高温超导带材在上海上创超导科技有限公司位于奉贤工业区内的超导生产车间内正式下线，这是国内第一条单根长度达千米的第二代高温超导带材，标志着我国高温超导技术向产业化又迈进了一大步。
上海高温超导带材产业在全国率先发力
2011年三季度公司成立，2012年底洁净厂房装修和生产设备的自主设计与加工完毕，2013年5月国内首条具有自主知识产权的第二代高温超导生产线建成，再经过60天的系统调试和攻关会战，在上海这片中国经济发展最强劲的热土上实现了千米带材的试生产。上海上创超导公司用不到2年的时间，走完了美、日、德等发达国家十几年走的高温超导带材产业之路。公司技术总监、上海大学超导与应用技术研究中心主任蔡传兵教授最近在意大利召开的欧洲应用超导大会上发出了中国超导产业快速发展的“最强音”，着实让“西方列强”们惊讶不已。公司总经理薛华实兴奋地对笔者说，中国人高温超导产业的梦想，伴随着这条超长第二代高温超导带材的出炉，越来越近，越来越现实。
高温超导材料到底为何物？蔡传兵可谓如数家珍。这位积极推进高校科技成果向企业转化的跨界技术专家，身上散发着创业者的炽热之情，又依然带着学者浓浓的儒雅气质。他先后在中国科学院微系统所（原中科院上海冶金所）、日本大阪大学、英国伯明翰大学和德国莱布尼茨研究所等从事高温超导材料研究，2005年获上海首批“浦江人才计划”支持从海外引进，并在上海大学组建“超导与应用技术研究中心”。
据他介绍，高温超导材料是指在价格低廉的液氮温度环境下具有零电阻效应的氧化物超导材料。凭借独特的零电阻特性，可以实现无损耗的大电流传输、且单位面积载流能力是常规铜铝导线的150倍，被广泛应用于电力、电子、军事和医疗等许多领域。从1911年第一次发现超导现象到1985年期间，超导材料均为金属或合金，只能在液氦环境下工作，一般称为低温超导材料或传统金属超导材料。1986年，科学家的视角开始触及到氧化物陶瓷材料，超导转变温度超过液氮温度，这类材料被称为高温超导材料。其实，高温只是相对而言，其摄氏温度仍是零下196度，但由于运行介质由稀缺昂贵的液氦，转换为随处可见的液氮，使用成本大大下降，绝热保温条件也较容易提供和保障。
目前，高温超导材料已发展到第二代。蔡传兵说，第一代高温超导带材在Bi系氧化物高温超导体采用传统的粉末套装拉丝工艺制备而得，其在液氮温区的不可逆场较低，交流损耗大，难以满足交流传输和强磁场的应用要求；同时，在制作工艺中离不开贵金属银，使得它成本难以下降，在市场上无法大规模推广。第二代高温超导带材是基于金属基带上的薄膜外延技术，使高温超导在电力工程中的广泛应用成为可能，更为可贵的是其可在价廉的Ni或Ni基合金,甚至一般的不锈钢带上通过合适的缓冲层外延生长而成，材料成本大大低于第一代，具有极高的性价比，可望很快能达到现在常规的铜铝导线，届时连保守的电力企业也很难抵挡其节能高效的诱惑。
据了解，自上世纪90年代末以来，美、日等国高温超导材料产业化技术取得重大突破并很快进入商业化阶段。典型的高温超导带材最核心的是钇钡铜氧化物超导层。上创超导的千米级带材采用的是低成本的化学法工艺路线。世界知名的美国超导公司正式采用化学溶液涂覆技术实现了大规模第二代高温超导带材的市场化生产，成为当今世界上最大的超导带材供应商。
进入21世纪，随着美、日、德、韩等发达国家，先后实现高温超导带材的产业化，一系列智能电网用大型超导示范项目不断涌现，大面积推广在即。
上海市经信委相关处室负责人表示，为加强自主创新能力，抢占技术制高点，国家战略需求和地方经济创新转型等各方面均急需国内有关单位研制出低成本、高质量的第二代高温超导带材，并实现批量化生产，进而开发出超导电缆、超导电机、超导限流器、超导变压器、超导成像仪等应用产品。
正是基于此，上创超导公司浮出水面。从2005年从德国回国后，蔡传兵在上海大学组建研究团队，先后主持承担了国家“863”、上海市重点重大科技攻关项目等重大科研任务。团队掌握了具有自主知识产权的高温超导材料成材工艺和装备技术，建立了独特的低成本技术路线，在新型高效缓冲层和超导层人工磁通钉扎和厚度效应方面取得了一系列研究成果。
但如何使校内的研究成果转换为市场化产品，需要资本的合作和实体的投资。而此时，蔡传兵的老朋友，也一直默默关注国内超导产业发展的薛华实，与他站在了一起。薛华实不但拥有中科院上海冶金研究所的博士学位，还有在中石油上海分公司的多年管理经验。蔡传兵负责技术，薛华实负责资金，中国超导产业界诞生了一对黄金搭档。2011年年初，在上海市科委和上海大学的全力打造和指导下，这一黄金搭档筹划了上海市首家致力于高温超导带材产业化的超导公司。通过技术转让，上海大学资产管理有限公司以无形资产入股上创超导公司，占公司30%股权；在薛华实牵头下，上海汇阳超导材料公司投资现金占公司70%股权。
高温超导将掀起一场电力技术革命
根据美国能源部预测，随着第二代高温超导带材制备技术的成熟，其价格性能比在未来几年将会大幅下降，最终将低于铜的价格性能比。正如半导体带来了资讯时代、光纤带来了传讯时代，高温超导材料将从根本上改变人类的用电方式，给电力、能源、交通等领域带来革命性的技术进步。
薛华实说，世界主要发达国家均把超导电力技术视为具有经济战略意义的高新技术。美国能源部认为超导电力技术将是21世纪电力工业唯一的高技术储备，日本认为发展高温超导电力技术是在21世纪的高技术竞争中保持尖端优势的关键所在。在我国，《国家中长期科学和技术发展规划纲要》（2006-2020）把高温超导技术确立为新材料前沿技术之一。
蔡传兵表示，超导电力传输具有能量损耗低、输送容量大、体积小、电磁污染少等优点； 建设超导智能电网是解决常规电缆远距离输电时的高电路损耗和对超高压电缆及技术依赖的唯一途径。
例如，从内蒙到上海通过传统输电方式至少需要500千伏的电压，而通过超导电缆仅仅需要220伏即可输送，可以大大降低输电线路的电压等级。另外，由于超导材料无电阻，能大幅度地降低输电过程中的电力损耗。常规铜或铝导线输电系统中，约有15%的电能损耗在输电线路上；2008年全国社会用电总量近35000亿千瓦时，每年电量损耗高达3000亿度，相当于三个投资在1200亿元以上的核电站总发电容量；其中上海市约占3.6%，每年损耗112亿度电，折合人民币100多亿元。同时，由于超导带材载流能力是同尺寸铜导线的150倍，可显著提升输电能力，节约材料并优化城市空间。由此可见，将上海乃至国家电网进行革新改造，发展超导电网，具有不可估量的经济价值和社会效益。
据了解，上海在上世纪90年代在超导研究领域经历了一个低谷时期。最近几年，上海在第二代高温超导带材及其超导电缆研究上紧抓不放，市科委、市经信委等在人才和专项攻关上给予大力支持，建立了较好的基础，与第一代高温超导材料相比，上海的第二代超导带材研究在全国处于相对优势地位。上海已把超导产业定位为重点发展的战略性新兴产业，是未来智能电网技术的重要组成部分之一。
近年来，美国、日本、韩国和欧洲等多国先后成功研制出长度超过千米，单位厘米宽传输电流200安培以上的第二代高温超导带材，发达国家的一些公司已经实现第二代高温超导带材市场化生产，超导电缆、超导限流器等电力示范工程不断增加。
分析认为，虽然我国在超导电力研发和应用都落后于美国，如果我们抓住机会大力发展，我国超导电力应用在晚于美国5年（2025年）后可望获得其1/3的规模（占全国GDP的5%）。粗略估计，2025年我国超导电力规模可望达到9130亿美元，其中超导电缆约占55%，即5020亿美元，占全国GDP 的2.75%。
打造产学研用联动发展模式
面对第二代高温超导材料市场的机遇与风险，上创超导与上海大学紧密合作，注重打造高温超导领域产学研用联动发展的新模式。一方面，企业为大学提供了技术转移、学科提升和人才实践活动的平台。另一方面，大学为企业提供技术服务，高尖端测试表征技术手段。同时大学为企业不断输送年轻的专业人才，为企业发展增添后劲。
据介绍，超导电力技术包括超导电缆、超导风机、超导储能系统、超导限流器、超导变压器等，超导电力是新型节能技术，它的应用将产生巨大的经济和社会效益。大学开展相关研究，促进产业研合作的同时，提升和加强高校相关学科的内涵建设。此外，超导电力是新型节能输电技术，高校开展相关研究将为上海乃至国家传统行业技术转型，特别是在节能减排新技术方面提供技术服务，同时为社会培养和输送新型技术和研发人才。
上海大学高温超导带材的团队骨干成员有个共同特点，就是具有在中国科学院的学习和工作背景。他们来自中国科学院的不同研究所，包括中科院微系统所、中科院硅酸盐所、中科院物理所、中科院上海光机所和中科院宁波材料所等，这样的学术背景使团队敢于以国家及地方重大科技的发展需要为己任，积极与“985”高校和中科院团队在同领域中开展合作与竞争，积极争取并承担了国家和地方多项重大科技攻关项目。也正是有这样的勇气和信心，经过几年的自强不息努力，使上海大学在第二代高温超导带材的基础研究和产业化攻关等方面走到了全国的前列。
为保障公司的超导技术持续领先，公司一方面委托上海大学开展技术攻关，充分利用上海大学的多学科优势。另一方面同上海电气集团、中船重工、中国变压器集团上海变压器有限公司、上海电缆研究所、沈阳汇成电缆集团有限公司、上海电气电站集团等超导技术实际应用单位全面合作，不断推动新技术在下游领域的应用。同时与上海格林赛新材料有限公司、上海化工研究院等上游产品研发单位强化合作，持续降低原材料成本。
同时，为推进超导及其应用技术的发展，按照“产、学、研、用”相结合的原则，上海市组建了“上海高温超导电缆产业化及工程应用产业技术创新战略联盟”，该联盟基本涵盖了上海地区超导领域的优势团队。上创超导正在积极与该联盟进行全面合作，为上海占领全国超导产业技术的制高点贡献力量。上创超导离梦想越来越近
超导带材一般分为保护层、基带、缓冲层和超导层。其中超导层是核心。在第二代高温超导带材的研究上，上创采用的是一条直流反应磁控溅射法制备缓冲层、溶胶涂覆法制备超导层的低成本技术路线，适于批量化生产，具有特色和优势，与国内外研发和生产单位形成错位发展。
据薛华实介绍，2011年公司成立后，便启动了产业化基地建设和国外关键设备的采购，在国内同行业二代高温超导的布局上速度最快，第一家建成厂房。
在上创超导的车间内，两条标准化的高温超导带材生产线，看起来似乎并不起眼，但却已经代表着国内最高的技术水准。薛华实自豪的说，其中的一条生产线完全是国产化，与旁边从美国定制的生产线在性能上已经差别不大。
上创超导的发展将以第二代高温超导带材及其金属基带规模化生产、基于超导线圈的变压器、发电机、磁体等应用器件的关键共性技术攻关为目标，开展相关超导材料工程化制造和超导应用技术研究，力争在高温超导技术与产品、工业级生产设备的国产化、自主知识产权方面获得突破，掌握对超导产业发展和技术进步具有重大作用的核心技术。
公司对奉贤产业化生产基地的建设布局进行了多次充分论证，整体规划和建设方案合理可行，完全能满足产业化的要求，在奉贤区政府各部门及奉贤经济开发区的大力扶持和支持下，目前产业化生产基地已投入使用。
根据规划，上创公司超导带材产业化及应用器件开发分为建设期、量产期和规模期三个阶段。建设期内，主要任务是加快基带与超导带材量产中试，完善上创上大联合研发中心建设，强化人才队伍建设。完成第二代高温超导带材产业化关键技术，完善研发、生产条件及于2014年完成新增两条千米带材产业化生产线建设，投资开展生产区建设；完成千米带材产品型号定型与标准制订工作；系统开展超导带材下游应用产品的开发，建设超导产业上下游一体、产学研共同发展的产业基地。
项目完成试产阶段后进入量产期。量产期内，生产规模可根据市场开发情况进行安排，完成新增四条千米带材产业化生产线建设，形成第二代高温超导带材产业化系列产品，达到年产2000-5000千米超导带材的生产规模。预计之后企业将进入良性生产经营循环期，并相继完成超导带材的相关应用开发。
第三阶段规模期的投入重点在新厂区建设，现正同奉贤区经济开发区协调工业用地100亩，用于扩大超导带材产能、超导应用产品及相关自主知识产权装备的生产。此阶段计划根据量产期的进展和超导产业的发展情况，再确定实施时点。如量产期的进展良好，超导产业的市场发展迅速，第三阶段规模期的投入可在量产期内同步进行。
在蔡传兵的心中一直有一个梦想，他希望两年后他再参加国际超导产业高端峰会时，中国能够获得足够的话语权，中国的国旗也能够在会场飘扬。这，就是上创超导的梦想，也是上创超导团队的中国梦！
