【編者按】潮涌科創，澎湃開局。上海市經濟和信息化委員會、澎湃新聞聯合推出“上海新型產業體系重點領域大調研”，聚焦上海“3+6”產業體系、新賽道和未來產業的重點行業領域，鎖定船舶與海洋工程裝備、氫能汽車、機器人、智能工廠、新材料、智能終端、人工智能、元宇宙、數字經濟、生物醫藥等產業，深度調研上海產業高質量發展態勢和未來趨勢。

磁懸浮列車、核磁共振、金屬冶煉、軍用掃雷、可控核聚變……這些橫跨多個行業領域的前沿科技之中，核心部件都是超導材料。超導作為20世紀最偉大的科學發現之一，以它低溫狀態下獨特的零電阻和電磁特性，有望掀起一場新的材料革命，而上海無疑將是這場革命的主力軍。本篇講述的是上海超導產業以超導電纜為應用先鋒，如何從無到有，再到崛起的故事。

2023年1月16日，對于上海國際超導科技有限公司（下稱國際超導）的副總經理張喜澤和他的合作伙伴來說，是一個重要的日子。當日，在由中國電力企業聯合會組織召開的科技成果鑒定會上，上海35千伏公里級超導電纜示范工程（下稱示范工程）獲得了來自專家組的權威肯定，陳維江、王成山、王秋良三位院士帶隊的鑒定委員會一致認為，該工程在超導電纜研發、設計、敷設和運行等方面的技術成果整體達到國際領先水平。

這是2021年12月22日拍攝的超導電纜終端。新華社 資料圖

上海35千伏公里級超導電纜示范工程由國家電網有限公司承建，于2021年12月22日投運，至今已經平穩運行一年。張喜澤所在的國際超導是這一工程電纜系統供應商，參與了為期三年的技術攻關。

35千伏公里級超導電纜示范工程的成功運行堪稱上海超導產業的發展歷程中的一座里程碑。上海高溫超導產業的培育，是一個漫長而艱辛的故事，早在2005年，上海就著手布局超導電纜相關產業，從科研到產業，其間無論是個人還是企業都經歷了若干重大轉變，也曾經在難以為繼的窘境下依然全力以赴。

在業內人士看來，示范工程不僅是構建中國新型電力系統關鍵技術領域取得的一項重大突破，驗證了超導電纜的技術可行性，也帶動了國產高溫超導帶材的穩定量產，為高溫超導產業形成了可持續的、市場化的發展環境。自培育高溫超導技術開始，歷經十八載，今天的上海已經成為全球高溫超導產業鏈最齊全的城市。

里程碑式工程提振產業信心

超導指的是在特定的低溫條件下呈現出電阻等于零的特性以及具備完全抗磁性的材料。1911年，荷蘭物理學家?？恕た溋帧ぐ耗崴故状卧谝汉囟龋?.2K，-268攝氏度）以下從極純的汞上發現了超導現象，此后超導材料不斷演進，1987年，科學家發現了首個臨界溫度高于液氮溫度（77K，-196 攝氏度）的高溫超導材料。雖然比液氦環境下的低溫超導晚了七十多年，但由于溫度大幅提高，且用于制冷的液氮成本極為低廉，高溫超導材料的產業化被寄予厚望。

高溫超導電纜是高溫超導材料率先應用于產業的場景之一。城市用電需求伴隨發展不斷增長，高溫超導電纜因采用了無電阻、高流通密度的超導材料作為導電體，能夠進行大容量輸電。1根超導電纜通常可以替代4-6條相同電壓等級傳統電纜，較以往節省70%的地下管廊空間，可以有效緩解城市電網的架空線入地策略所面臨的地下廊道不足困難。

目前全球已有多個長距離高溫超導電纜掛網運行，主要集中于美國、日本、韓國和德國。上海35千伏公里級超導電纜示范工程是目前全世界輸送容量最大、長度最長的高溫超導電纜，開創了公里級超導電纜在大型城市核心區域的應用先例；自線路投運以來，成功為4.6萬用戶穩定供電，和現行標準同樣收取電費，公里級線路首次在國內實現了全商業化運營，標志著中國在超導的電力應用水平躋身國際一流行列。

國家電網上海市電力公司（下稱國網上海）成果及轉化處處長鄭健表示，“國家電網公司做超導方面的研究有十幾年了，但一直停留在實驗室階段，如何將超導電纜與我們現有的電網結合，有很多問題需要解決，過去一直沒能成功掛網?！贝舜问痉豆こ痰慕ㄔO團隊攻堅了從高溫超導帶材、電纜以及工程敷設、試驗診斷各個環節的若干難題，譬如，由于超導帶材的機械性能與傳統導體有較大差異，其敷設時牽引力、側壓力、彎曲半徑等參數無經驗可循，實際施工中存在眾多難點與瓶頸，施工難度堪稱迄今國內外電纜工程之最。

上海35千伏公里級超導電纜示范工程對于超導電纜的推廣應用具有非常重要的現實借鑒意義。該工程電纜核心部件均為國產，工程結束后，團隊已頒布超導電纜領域IEC國際標準1項、國家標準1項、機械行業標準1項和團體標準2項，正在編制能源標準1項和系列企業標準3項。

在張喜澤看來，示范工程平穩運行至今，經歷了極端高溫、嚴寒等各種氣候的挑戰，經受了電網對于安全可靠性要求的考驗，并且實現了較好的節能減排效果，這一結果不僅僅是對電網企業、超導電纜企業，也是對高溫超導帶材以及整個超導產業鏈的上下游企業莫大的鼓舞，多年的堅持終于開拓出了一條通往產業化的道路。

據了解，在示范工程立項之際，產業里的幾家主要企業都曾面臨生死存亡的境遇。伴隨著示范工程的推進，企業有了大練兵的機會，能力得到快速提升，“如果沒有這一劑強心針，很可能就跨不過來了?！被赝瑢Мa業的發展之路，業內人士如此感嘆。

高溫超導產業從無到有的20年

上海的高溫超導產業能夠走到今天，與上海市相關部門持續推進的產業化戰略分不開。

2003年，從東北大學超導物理專業畢業的張喜澤在導師的推薦下從沈陽來到上海，加入了上海電纜研究所黃崇祺院士牽頭成立的超導電纜課題組，“黃院士當時判斷超導電纜將是電纜產品的第三代，電纜研究所有必要提前布局，特地招了超導材料專業的學生?！?/p>

兩年后，在日本、英國、德國的大學及科研機構留學多年的蔡傳兵，來到了上海大學任教。他在國內外超導研究經驗的基礎上，凝練出回國后的主攻科研方向：高溫超導領域的低成本化學法實用成材的技術攻關。

事實上，早在2005年，上海市科委就開始調研和布局高溫超導技術項目，啟動了第二代高溫超導帶材和冷絕緣超導電纜的“從0到1”的技術攻關。

在籌辦2010年上海世博會期間，上海市政府有了推動高溫超導產業化的現實需求。為了滿足世博園區的用電，需要有一條從浦東穿越黃浦江至浦西的50萬伏超高壓電纜。50萬伏的超高壓電纜管廊占據體積相當于一條單向地鐵通道，而在地下資源緊張、寸土寸金的上海，減小管線體積成為當務之急。

2011年，上海交通大學科研團隊在實驗室里制備出了國內第一根百米級第二代高溫超導帶材。同年，上海市政府決定在高溫超導材料領域培育2家民營企業提前布局，希望未來能產出實用的國產高溫超導材料用于超導電纜的建設。

兩家帶材企業中的一家是由蔡傳兵領頭的上海大學團隊，通過技術轉讓建立的上海上創超導科技有限公司（下稱上創超導），另一家是與上海交通大學科研團隊合作的上海超導科技股份有限公司（下稱上海超導）。現任上海超導總裁的朱佳敏當年剛滿23歲，走出大學校門后，成為了上海超導的001號員工。

日后，因為超導電纜，這三個人成了合作伙伴、競爭對手和朋友，也是上海高溫超導產業的重要人才力量。張喜澤所在的上海電纜研究所負責超導電纜的集成，蔡傳兵和朱佳敏則是高溫超導帶材的供應商。

在示范工程之前，上海超導電纜已經有了一次重大突破。2013年，張喜澤所在的團隊在寶鋼公司成功建設了50米長、35千伏的高溫超導電纜系統示范工程，實現了3年以上的平穩運行，驗證了超導電纜的實用性。

從“0到1”與從“1到100”

產業化大幕在2016年由上海市經信委接棒后真正拉開。這一年，上海市經濟和信息化委員會（下稱上海市經信委）牽頭國網上海、國際超導策劃在上海建設1.2公里高溫超導電纜系統示范工程。

想法雖好，但困難不少，首當其沖的是資金。據上海市經信委工作人員回憶，當時上海市政府政策允許給予的資金支持遠不能滿足示范工程建設需求，要想推動示范工程順利啟動，只能想方設法提高項目主體自籌資金的比例。

由于示范工程項目的倒逼，張喜澤所在的上海電纜研究所超導中心也于2020年9月正式完成了改制，成立上海國際超導科技有限公司，引入民間資本，一攬子解決了高溫超導產業化培育中市場化推進主體、團隊骨干激勵、示范工程資金來源、科技研發投入退出等關鍵問題。

解決了資金問題，接下來就是技術攻關?？蒲谐晒芊耥樌麑崿F產業化，產品的穩定性是一大難關，在實驗室里，只要有一次成功，科研人員就有了成果，可以發表論文，然而產業化需要次次成功，即如何實現“從0到1”向“從1到100”的跨越。

同樣是生產高溫超導帶材，但上創超導和上海超導兩家公司選擇的技術路線并不相同，前者采用的是MOD化學溶液沉積法（化學法），后者采用的是PLD脈沖激光沉積法（物理法），兩者的攻關路徑并不能相互借鑒。從生產裝備到量產工藝的每個環節中的問題均需要一一解決。

蔡傳兵清楚地記得當初為了解決生產線各個環節的配件問題，他跑遍了國內大大小小近百家工廠，有些問題最終還是依賴上海大學校內的其他院系團隊共同協助攻關，“有些設備的結構設計，企業是沒有能力也沒有動力去幫你解決的，只有你先設計好了再請他們幫忙制作，在這個過程中，我們也交了很多學費，不斷通過試錯來積累經驗?！比缃裆蟿摮瑢械纳a設備均為自研，并已經歷了七八次的升級迭代。

朱佳敏看著十年前自己操作設備的照片，說自己最顯著的變化就是“頭發變少了”。身為土生土長的“上海小囡”，朱佳敏從小喜歡帶著一群小伙伴動手做機器人，課余時間都投入在各類科創大賽上，獲獎無數。2011年進入上海超導后，朱佳敏負責建造用于量產超導帶材的生產裝備。他指著自己當初建造的第一臺卷對卷磁控濺射鍍膜裝備說，“上面的每一塊電路板都是我自己設計和焊接的”，現在這些設備仍在正常運行。

當朱佳敏的團隊用了四五年時間把設備造出來，材料部門準備大干一番時，卻發現公司已陷入困境。原先的實驗室工藝做出的超導帶材僅有30%的良率。超導長帶材的電流分布像心電圖一樣上下波動，根本無法銷售。2015年，上海超導拿到了公司成立以來的第一個公開招標，但上海超導直到2017年底才攢齊了對方需要的13公里高溫超導帶材。

為了解決生產難題，朱佳敏選擇降薪換崗來到工藝生產一線，將原先實驗室里的工藝推倒重來，重新制定了生產流程和各類標準體系，上海超導也迎來了生機。

2020年是上海超導的轉折年。當年，該公司的年產量終于從3年前的十幾公里增至400公里，產品性能提高一倍，成品率從不足50%提升至90%左右，實現了自我造血功能。現在上海超導成為全球前三的第二代高溫超導帶材生產企業，產品占全球供應量約30%。

超導帶材性能過關了，但制作成超導電纜應用于工程中時，還有大量的難題待解。超導帶材需要在低溫下才能發揮功能，絕熱管是關鍵設備。在示范工程中，大長度、大口徑絕熱管的研制是國際超導進行電纜設計中的最大難點，也是張喜澤團隊花費時間最長的領域，國內此前從未有制作單根長度400-500米、口徑180毫米的絕熱管的先例。

國際超導從2015年就開始進行前期的設計和設備安裝，2017年開始試生產，直到2021年4月才把絕熱管做完。“為了做到穩定生產，沒有漏點，一方面要研究材料的基礎物性和特征，另一方面還要再在此基礎上對生產工藝、生產設備進行摸索和調試。生產設備的改造平均每年都需要進行一兩次，但良率的提升并不容易。”張喜澤向澎湃科技介紹說，“良率從20%提升到50%很快，僅用了半年時間，但從50%提升到90%則用了3年時間?！?/p>

各家都解決了自己的問題，但整合到一起又會有新的問題。由于是第一根全國產業化超導電纜，三家企業經常就材料的檢測標準、交付標準存在分歧而僵持不下，各自都有充分的理由和難處。這時，上海市經信委就充當老娘舅，工作人員經常在車間會議室陪同企業人員到晚上八九點。“他們再怎么吵、拍桌子，我們坐在這里，他們就不能一拍兩散，吵完后繼續想對策?！笔痉豆こ痰姆笤O也意外遇到了線路拆遷的困難，工程施工一度停滯不前，最后由市領導參與協調，在徐匯區、田林街道和市相關部門通力合作下才啃完硬骨頭，為示范工程的順利實施鋪平了道路。

多場景布局解決高成本障礙

示范工程的平穩運行為超導電纜的推廣搬掉了一座大山，國網上海目前也在謀劃電壓等級更高、輸送距離更長的超導電纜項目。城市電網的輸送距離多集中在3-8公里的范圍，一旦成功，超導電纜將使城市電網布局變得更加緊湊。但目前擋在這個項目實施路上的一座大山，便是超導電纜的高成本。

據悉，目前超導電纜的成本是每公里9000萬元，而同等級普通電纜的這一價格只需要幾百萬元。“至少要下降一半，市場才有逐步推進規?；こ虘玫目赡苄??！编嵔”硎?，即便算上超導電纜建設期節省的通道成本、運行期的節能效益，目前的超導電纜成本仍無法被市場廣泛接受。

在張喜澤看來，超導電纜的成本下降需要整個產業鏈一起努力。目前超導電纜的成本主要來自于三部分，其中40%是超導材料的費用，剩下的成本主要是超導電纜絕熱管和低溫制冷設備。其中，伴隨著絕熱管成品率的上升，絕熱管的漏熱水平已經從2016年寶鋼項目的每米約4-5瓦降低到2.5瓦。但綜合制冷效率目前仍低于10%，雖然與國際整體持平，但未來仍有較大提升空間，需要進一步進行技術攻堅。

超導帶材企業也在不斷努力通過提高產品性能來降低成本。蔡傳兵介紹，上創超導近期研發的一個重大突破就是把化學法采用的膠水組分進行了變化，除了提高了超導薄膜的生長效率，還讓超導層的厚度翻了一倍，這讓帶材性能完成了從500安培到1000安培的飛躍，“2014年之前，我們覺得要達到美國超導（AMSC）300安培的載流能力是很難的，領導給我們下了300安培的任務，說實話我們心里并不情愿，但2014年我們確實做到了，后來不斷超越，現在上創的性能已經是國際領先?！?/p>

在朱佳敏看來，雖然超導帶材的原材料成本并不高，但由于前期研發投入大、時間長，每年企業固定開支大，在沒有達到一定規模時，產品仍無法實現大幅降價。為此，無論是上創超導還是上海超導，兩家帶材企業都在持續與研發機構、企業、高校合作探索高溫超導帶材新的應用場景，開發新的超導應用產品。

高溫超導帶材除了可以應用于超導電纜，還可以應用于各類超導電力裝備上，包括超導限流器、超導儲能、超導變壓器、超導電機等；此外，超導材料大載流的特性，使得其繞成線圈能產生大磁場，可以應用于高場磁體、可控核聚變、粒子加速器、感應加熱、磁懸浮等場景。

目前，除了超導電纜外，上海超導和上創超導的帶材已經逐步應用于超導電力、超導磁體、可控核聚變等多個領域，并開始向國外用戶供貨。

此外，曾經在日本鐵道綜合技術研究所學習、工作過的蔡傳兵對于高溫超導應用于磁懸浮列車抱有非常大的期望。經過20多年的試驗，日本將于2027年實現東京到大阪的時速600公里以上的超導磁懸浮列車的商業化運行，而高溫超導將使得超導磁懸浮列車技術在現有的基礎上再次升級。

可控核聚變或帶動超導規模化

值得一提的是，超導從業人士對于被認為是“人類終極能源”的可控核聚變賽道尤為關注。

2021年9月，美國麻省理工CFS團隊成功研制了全球首個可用于核聚變的20特斯拉高溫超導磁體，標志著高溫超導核聚變裝置進入功能樣機研制階段；同年，該公司宣布完成18億美元的B輪融資，投資人包括比爾·蓋茨、淡馬錫、老虎基金、中東主權基金、沙特Jameel家族基金等國際投資巨頭。

國內以高溫超導商業可控聚變堆為目標的創業團隊和民間資本緊隨其后。2022年初，能量奇點能源科技（上海）有限公司（下稱能量奇點）獲得由米哈游、蔚來資本領投的4億元人民幣天使輪融資，計劃在2023年底之前建成運行全球首臺全高溫磁體超導托卡馬克裝置；2022年6月，陜西星環聚能科技有限公司獲得順為資本領投的數億元人民幣天使輪融資，致力于可控聚變能裝置的設計、研發、建設和運行。

“可控核聚變裝置對于超導帶材的需求量可能會快速帶動高溫超導材料的規?；?。”張喜澤判斷，據他所知，一臺緊湊型可控核聚變裝置樣機所需要的超導帶材量基本與1公里超導電纜所需要的超導帶材總量相當。

根據能量奇點的計劃，該公司將于2027年建成全球首臺可實現無感驅動凈能量輸出的先進托卡馬克裝置，并在2030年后建成可用于示范性聚變發電站的托卡馬克裝置。

伴隨超導電纜、可控核聚變超導磁體等下游應用的帶動，業內人士預計，未來幾年全球高溫超導帶材年需求量將達到3000公里，國內年需求量將超過1500公里，遠超當前高溫超導帶材有效產能。

目前，上海超導正在浦東康橋新建高溫超導帶材生產線，建成投產后超導帶材成本有望大幅降低。

至此，上海已經完成了包括超導帶材、制冷設備、絕緣材料、電纜、磁體、核聚變應用的超導全產業鏈的布局。2021年11月，國際超導大股東奧盛集團、上海電纜研究所、國網上海市電力公司、上海電氣輸配電集團有限公司聯合發起，成立上海超導制造業創新中心，面向上海超導產業發展的重大需求，以協同創新為取向，以產業前沿技術和共性關鍵技術的研發供給、轉移擴散和首次商業化為重點，實現超導產業化過程中各創新鏈條，打造跨行業、跨領域、網絡化的制造業創新生態系統。上海高溫超導產業基地于寶山高新技術產業園區落成，圍繞新興產業吸引超導產業鏈上下游集聚，打造超導產業應用技術研發高地，推動超導技術與電力能源、大科學裝置、醫療、軌道交通等關鍵領域的深度融合，將超導打造成為“上海制造”新名片。