美国首个可再生能源国家枢纽项目使用地下超低温超导电缆长距离运输电力

　　Tres Amigas国家可再生能源枢纽项目将美国三大主要电网连接起来，实现电力分配、储存更科学化。

　　用埋在地下的超低温电缆来代替架设在高空的输电线，然后将太阳能、风能等可再生能源电力长距离、有效运输，这是美国专家日前提出的电力运输方式。

　　美国广阔的平原和沙漠地区有大量的风能及太阳能，但是如何将这些距离人口稠密区很远的可再生能源运输到需要它们的城市，同时不破坏沿途的风景以及避免惹上高架输电线建设的官司，却是给倾向绿色环保的公共事业公司提出的一个巨大的难题。在大型可再生能源项目真正站稳脚跟之前，必须建起成千上万公里的高空输电线。但输电线的建设多年来却在美国饱受争议，很多人都诉诸法律途径，要求输电线不要建在“自家后院”。

　　为解决电力公司与“高架电线反对者”的矛盾，美国首个可再生能源国家枢纽的项目Tres Amigas首席执行官哈里斯提出了一个开创性的计划：使用地下超低温超导电力电缆，它既能逃离人们的视线，也能提高电力运输效率。

　　超低温超导电缆

　　在长距离地下电力运输中，Tres Amigas使用的超导电缆含有超低温特殊材料，能让电缆的电阻降为零，极大提高电力运输效率。该电缆输电系统中，唯一的能源耗损来自电缆的冷冻（电缆必须保持超低温）。据估计，与难看的地上运输线路相比，地下超导电缆的能源浪费率将减少7%。

　　超低温超导电缆是由美国最大的超导电缆生产商美国超导公司生产。截止目前，由该公司生产的超低温电缆已经在纽约长岛电力局、美国电力公司以及美国国家电网公司此前开展的一些小型项目中得到应用。目前世界上大约有二十多个电站依赖于超导电缆，但它们通常是将距离在1公里以内的两个或两个以上发电站连接起来，从未应用到长距离运输当中。Tres Amigas将成为远距离超低温超导电力运输的“先驱”。

　　美国超导公司总裁兼常务总经理丹尼尔·迈克盖（Daniel McGahn）说：“我们注意到，超导电缆已经在全球进入商业化阶段，这一点并不局限于美国。”在美国超导公司的工厂里，工人已经开始制造超低温超导电缆，制作过程如下：首先，用高温超导氧化物及价格昂贵的铜生产扁平的金属带子；随后将它切割成薄平的条状物；最后，这些条状物被用来缠绕在装有液态氮气的圆管周围，形成超低温超导电缆。液态氮气能将电缆的温度降至-346华氏度（-210摄氏度）。

　　工作人员解释，之所以超低温能增加电缆的导电效率，是因为通常条件下，电子的移动不受限制。在随意移动时，电子之间会像碰碰车一样发生碰撞，产生热量，造成能量损失。但在超低温情况下，电子便会进“高速公路模式”，成对地往相同的方向移动，避免了发生碰撞的可能性，从而也避免了电子之间发生碰撞而造成的能量损失。

　　据美国能源部估计，如果消除因传统铜制电线的传输效率低下而带来的损失，每年可以节省160亿美元，同时为长距离运输风能和太阳能铺平道路。说到超低温超导电缆的成本问题时，美国超导公司介绍，价格缺口正在渐渐被填补。公司最近的一份白皮书里表明，输电能力达5000兆瓦的超导电缆每千米的成本为800万至1300万美元。这与传统的765千伏电线千米成本基本持平，后者为700万至1000万美元。

　　地下超导电缆还有一个优势：修建130英尺高的高架电线来长距离运输可再生能源，对新墨西哥州的“钱袋”是一个严峻考验，很大一部分成本都来源于新墨西哥州的一些邻居们，他们将会提起诉讼，避免可再生能源项目或电力连接线破坏自己的名胜古迹、自然风貌等。这种“别在我后院架电线”的心理会让美国可再生能源的发展遇到极大的障碍，同时速度急剧放缓。

　　国家可再生能源枢纽项目

　　Tres Amigas超级变电站枢纽工程位于新墨西哥州克罗维斯地区。去年10月，美国超导公司的“超导输电通道”被Tres Amigas选用，公司将为项目提供输电规划服务、超导线材及超导电缆系统。

　　此枢纽的亮点是首次连接美国的3个电网以满足新能源传输的增长需求并增强电网的可靠性。目前美国的3个电网，即东部电网、西部电网和德克萨斯电网，之间的电力传输是通过交流电输电线实现的。然而，任何两个电网系统之间的电力传输只能够通过特殊的电力电子变电站实现。首先，在变电站内将一个电网内的交流电转化为直流电，然后在电流到达邻近的电网前再将直流电转回到交流电。目前虽然两个电网间已有少数几个较小的双边“直流接口 ”；但三个电网从来没有通过一个系统连接过。

　　Tres Amigas可再生能源枢纽将会是一个好几英里的三角形超导输电通道，能够在3个电网内传输和平衡几千兆瓦的可再生能源。每个电网的多根输电线将会通过多个交流/直流变频器向Tres Amigas超级变电站输入或输出电力，每根输电线都和直流超导电缆相连。作为一个平衡主体，Tres Amigas将会帮助确保3个电网内多个可再生能源电力资源向美国、加拿大和墨西哥输电过程中的效率和可靠性。

　　Tres Amigas超级变电站还会扮演电力市场枢纽的角色，促进美国3个电网间电力的买卖，而这在今天是不现实的。风力发电、太阳能发电、水力发电及地热能发电等目前还没有并入电网，日后最终客户可以通过Tres Amigas超级变电站从多个电网购电。例如，太阳能丰富的地区在夜晚没有阳光的时候将能够从风能丰富的地区购买电力。作为一个商业输电系统，Tres Amigas将会对使用电力枢纽的客户收取一定的费用。

　　新墨西哥的州土地管理局已经向Tres Amigas公司授权租赁1.44万公顷的土地用于修建此系统。Tres Amigas公司正在向联邦能源管理委员会就从德克萨斯电网连接到Tres Amigas的输电线不会受到该委员会的司法介入及Tres Amigas可以作为商业输电企业运营实体进行备案。

　　超导输电管线结合了传统的地下通道施工技术和两个高度互补的电力技术：直流超导电缆和多终端（电压-资源）交流/直流电力变频器，形成了一个易于选址和接入的地下高容量输电通道，此通道十分高效，并且可控性强，比其他相竞争的技术更安全，并且在国内输电时避免了成本分摊的问题。

　　Tres Amigas枢纽将是目前世界上使用超导电缆量最大的工程，它就像一个交通圆环，能在瞬间从3个独立电网中调集5000兆瓦的电力补充到圆环中，并将这些电力调配到需要它的任何电网中去。