高溫超導帶材製備技術的進步，推動了世界範圍內超導輸電技術研究開發熱潮。自20世紀90年代以來，美國、歐洲、日本、中國和韓國等國家和地區都相繼開展了高溫超導電纜的研究，進行了多組關於高溫超導電纜的研製及示範運行等工作。2000年以來，關於高溫超導電纜研究的重點主要集中在交流輸電電纜上，電纜的主體絕緣也主要為冷絕緣的形式。目前，高溫超導電纜已基本完成實驗室驗證階段，逐步開始進入了實際應用。
對於傳統大型、高人口密度的都市區域，如金融、商業和政府中心等區域，其地下輸電密度極高。這些區域的基礎設施均是關係國家經濟社會運行的關鍵設施，電網中斷會對該區域和全國的經濟和安全造成很大的衝擊。
超導電纜技術對這些問題提供了完美的解決方案，這是世界主要發達國家熱衷於超導電纜研究的主要原因。同時，近年來超導材料技術、製冷技術等配套技術的不斷進步，對超導電纜的示範應用研究起到了進一步的促進作用，世界主要發達國家均投入了大量資金，積極開展超導電纜掛網示範研究，並取得了相當大的成果。
我國早在20世紀70年代，上海電纜研究所等單位就開展了低溫超導電纜研究，後因電纜技術成本太高導致項目擱淺。高溫超導材料技術的發展，大大降低了超導電纜的相關成本，超導電纜的研究再次得到了人們的高度關注。中國科學院電工研究所（以下簡稱“中科院電工所”）、北京雲電英納超導電纜公司（以下簡稱“雲電英納”）、北京有色金屬研究總院合作、上海電纜研究所等單位先後加入研究，取得了顯著的技術成果，為我國高溫超導電纜設計、製造和運行積累了經驗。
和傳統電力電纜相比較，超導電纜具有損耗低、傳輸容量大、電纜體積小、係統安全穩定性強等優點，冷絕緣高溫超導電纜間相互電磁影響和熱場影響較低，具有穩定的載流能力，在人口密集的大城市地下電纜係統或特定大容量輸電應用中具有很大的發展前景。大城市的地下管網繁多，地下各類管（隧）道錯綜複雜，電纜敷設的空間非常有限，采用傳統電纜安裝敷設的難度也越來越大，且安裝維護成本都將大幅提升。利用現有排管或電纜隧道，以高溫超導電纜取代現有的常規電纜，可以成倍提升地下電網輸電容量，很好地解決負荷的增長和地下空間有限之間的矛盾。
損耗方麵，傳統電纜輸電損耗主要為導體損耗、介質損耗和屏蔽損耗。其中，對於一般陸地電纜，導體損耗約占傳輸損耗的95%。超導電纜的損耗主要包括：電纜導體交流損耗、電纜終端焦耳損耗、以及超導電纜絕熱管、電纜終端、製冷係統的漏熱損耗、液氮克服循環阻力的損耗等。在綜合考慮製冷係統效率的情況下，高溫超導電纜在傳輸相同容量的電能時，其運行損耗約為常規電纜的50%～60%。
大電網的互聯是電力發展的趨勢。隨著各大電網互聯以及電力需求的增加，發生短路故障後係統的短路電流等級必將進一步上升，如何很好地解決故障電流問題越來越受到電力部門的關注。超導電纜輸電導體為超導材料，正常工作狀態下超導電纜的輸電密度較大且阻抗極低；在發生電網短路故障、傳輸電流大於超導材料臨界電流的情況下，超導材料失去超導能力，超導電纜的阻抗將遠大於常規銅導體；當故障排除後，超導電纜又將恢複其正常工作狀態下的超導能力。若采用一定結構和工藝的高溫超導電纜替代傳統電纜，可以有效的降低電網故障電流等級，超導電纜限製故障電流的能力與電纜長度成正比。因此大規模利用超導電纜組成的超導輸電網絡不僅可以提高電網的輸電容量，降低電網的傳輸損耗，還可以提高其內在的故障電流限流能力，提高整個電網的安全可靠水平。
在國際上，對於高溫超導電纜的研究發展進程，到目前為止可以大體分為以下3個階段。第1個階段為高溫超導電纜技術的初步探索。隨著鉍（Bi）係高溫超導帶材技術的發展，關於高溫超導電纜的研究得到了廣泛的關注，研究的主要內容有：對超導電纜結構的研究，包括室溫絕緣（Warm Dielectric，WD）高溫超導電纜、低溫絕緣（Cold Dielectric，CD）高溫超導電纜、三相同軸結構、三芯合一結構等；開展超導電纜電氣性能、傳輸特性等方麵研究的工作。第2個階段為對未來可以真正實現商業化應用的CD絕緣高溫超導電纜的研究開發。1999年底，美國Southwire開發研製的30m、三相、12.5kV/1.25kA冷絕緣高溫超導電纜並網運行，向高溫超導技術實用化邁出了堅實的一步。第3個階段為CD絕緣高溫超導電纜示範性工程項目研究。近10年來，美國、日本、韓國、中國、德國等國家相繼開展了多個關於CD絕緣高溫超導電纜示範性工程項目。
傳統電纜在運行時，由於傳輸損耗產生的熱量直接散發到周邊環境，其載流能力對外部熱源非常敏感。一般環境溫度上升10℃，其載流能力將下降8%～10%。因此密集敷設將導致電纜相互加熱，載流能力急劇下降。據測算采用2×4排管、3×3排管和4×4排管密集敷設的傳統電纜，其載流能力將分別下降約20%、30%和40%。同時，由於傳統電纜采用可燃的有機材料作為主絕緣，若發生故障，極易引發火災。CD絕緣高溫超導電纜的最外層為複合真空絕熱層，具有良好的絕熱性能，電纜產生的熱量通過循環液氮帶走，因此超導電纜熱場相對獨立，電纜具有穩定的載流能力。同時由於CD絕緣超導電纜良好的電磁屏蔽功能，理論上可完全屏蔽電纜導體產生的電磁場，從而不會對環境造成電磁汙染。由於這些優點，超導電纜可以采用地下排管等較為密集的方式進行敷設，不僅不會影響周邊電力設備的運行，而且由於其采用了不可燃的液氮作為冷媒，也杜絕了火災的危險。
2、低溫絕緣超導電纜主要結構類型
目前低溫絕緣超導電纜結構主要有單芯電纜、三芯電纜和三相同軸3種結構（表1）。3種結構的CD絕緣超導電纜各有特點，目前都有相應的示範線路。
表1 CD絕緣超導電纜主要結構類型及其特性
對於超導電力應用技術的發展及意義，“美國電網2030”計劃將超導電力應用技術放在一個十分重要的位置上。日本的新能源開發機構也認為發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勢的關鍵所在。《中國製造2025》關於“電力裝備”領域方麵，明確指出“突破大功率電力電子器件、高溫超導材料等關鍵元器件和材料的製造及應用技術，形成產業化能力。在中國《能源技術創新計劃（2016-2030年）》中將麵向超導電力裝備的應用型超導材料研究作為戰略方向，開展高溫超導在超導電纜、變壓器、限流器、超導電機等領域的示範和應用。
3、超導電纜發展現狀及前景分析
近年來，超導電纜研究繼續朝著實用化的方向發展，在前期眾多功能驗證示範工程的基礎上，全球範圍內先後湧現多個關於CD絕緣高溫超導電纜示範項目。
在美國，2011年，AMSC等公司成功完成了美國能源部資助的Lipa二期項目，該項目在2008年完成的Lipa一期項目的基礎上，用一根二代帶材製作的高溫超導電纜更換原有一代帶材製作的超導電纜，並深入地研究了超導故障維護技術、電纜接頭技術、熱收縮應對技術、限流技術和高效製冷係統技術等專門針對工程化商業化應用的關鍵技術。
美國紐約正在建設13.8kV/96MVA的Hydra超導電纜示範項目，由美國國土安全部、美國超導公司和Consolidated Edison共同出資開發。該電纜采用AMSC公司的2代高溫超導帶材製作，安裝於地下電網，集成了限製故障電流功能，提升了電網的輸電容量，加強了電網安全性能和可靠性能。項目原計劃2010年完成，後因經費等方麵的原因項目推遲。
在歐洲，2013年德國Essen市完成了Ampactiy三相同軸超導電纜項目，該項目在Essen市區安裝了一根10kV/2.4kA的三相同軸超導電纜，用於替換原有的110kV電纜。該超導電纜線路集成了電阻型超導故障電流限製器，線路於2014年4月開始正式供電。
俄羅斯方麵，聯邦電網公司（FGC）聯合格日查諾夫斯基能源研究所（ENIN）全俄電纜工業研究所（VNIIKP）、莫斯科航空研究所（(MAI）等單位進行了高溫超導交流電纜和直流電纜的研究，計劃在莫斯科的迪納莫（Dynamo）變電站安裝一根200 m長、20kV/1.5kA的交流超導電纜。另據國際大電網2015年報告，俄羅斯計劃在聖彼得堡安裝一根20kV/2.5km的直流超導電纜係統。
丹麥Alliander能源公司、Ultera和代爾夫特理工大學（Delft University of Technology）計劃在Alliander的電網上安裝一根6km的三相同軸高溫超電纜，以此展示超導電纜在實際電網中的優異性能。
在韓國，韓國電力公司（KEPCO）對高溫超導電纜在電網中的應用有著濃厚的興趣，先後開展了多個超導電纜研究和示範項目，自2005年就開始了22.9kV超導電纜的測試研究。2008年在知識經濟部（MKE）的資助下，啟動了22.9kV超導電纜示範工程項目，於2010年底完成了一條410m、50MVA的超導電纜示範線路。線路由一根267m和一根150m的三芯超導電纜連接而成，其中在製作接頭時切除了7m，因此總長410m。該線路安裝在利川變電站，2011年8月19號實現通電，韓國期望通過該線路對超導電纜的性價比進行評估。2011年韓國又啟動電纜濟州島超導電纜示範工程項目，進行80kV直流超導電纜和154kV交流超導電纜的示範應用，項目的電纜由LS電纜公司開發，韓國電力技術研究所（KERI）負責超導電纜的係統研究。其中的80kV、500m、3125A超導直流電纜於2014年開始運行，154kV、1km、2250A交流超導電纜於2016年開始運行。
在日本，相關政府部門和企業對超導電纜進行了長期的研究，電纜電壓等級從低壓的1.5kV到目前全球超導電纜最高電壓等級記錄的275kV均有研究，其中影響力較大為日本橫濱超導電纜項目。該項目電纜采用電壓等級為66kV的三芯超導電纜，傳輸容量200MVA，長度250m，是日本第1根實際掛網運行的超導電纜。項目最早始於2007年，由日本經濟產業省（METI）和新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）資助，由東京電力公司（TEPCO）和住友電工（SEI）合作開發。2009年完成30m電纜的性能評估，2010年完成電纜製作，2011年完成安裝，采用6台斯特林製冷機製冷。在經過一係列測試之後，於2012年10月在Asahi變電站正式掛網運行。線路為70 000家用戶提供了一年多的無間斷供電。線路後續更換了前川（Mayekawa）的布雷頓循環製冷機，提高製冷係統製冷效率，進一步提高電纜商業價值。
在國內，中科院電工所、雲電英納、上海電纜研究所、中國電力科學研究院等單位開展了超導電纜的研發並取得了較大的成果。其中，上海電纜研究所2010年完成國內首根30m、35kV/2kA CD絕緣超導電纜型式試驗。之後在上海市科學技術委員會的支持下，開展了寶鋼超導電纜示範工程研究項目，於2012年12月完成了35kV/2kA 50m超導電纜係統的安裝、試驗工作後通電運行，為寶鋼二煉鋼電弧爐持續供電。該線路是我國首條掛網運行的低溫絕緣高溫超導電纜[20]，也是目前世界上同等電壓等級中負載電流最大的CD絕緣超導電纜線路。
就目前而言，全球主要的超導電纜研究參與國家和地區均已完成了超導電纜的功能驗證研究，雖然高溫超導輸電技術尚未達到規模化應用的階段，但大力推動高溫超導輸電有關工作，發揮高溫超導輸電應有的作用，逐步在電網發展中得到應用和推廣，將具有十分重要的意義。後續的研究重點將是進一步提高超導電纜係統的可靠性和性價比，早日實現超導電纜的產業化和工程化。
在超導電纜應用前景和規模方麵，超導電纜因為體積小、容量大、損耗低等優勢，最有可能替代以交聯聚乙烯絕緣為代表的塑料絕緣電纜，成為主要的電力輸送設備。美國能源部等機構均對超導電纜的應用前景作出了積極的預測。在我國，電力電纜行業是僅此於汽車的第2大行業，被成為國民經濟的神經與血管。近些年來，中國電線電纜行業總規模、產量以及增長速度在世界同行業中穩居世界第1，對全球電線電纜行業具有重大的影響。2012年行業總產值約占全球市場1/3，超過12 000億元，2014年更是突破14000億元。電力電纜是電線電纜5大領域中最大的一個領域，可見若超導電纜可以大規模替代傳統電力電纜的話，僅國內市場就可達到千億級別的規模。
值得一提的是超導電纜研究的升溫，有力地帶動了超導材料和製冷等相關配套產業的發展。目前美國、日本、韓國和中國均有較為穩定的第2代高溫超導帶材生產技術，可以實現一定規模的商業供貨。日本在第1代鉍係超導帶材生產技術的基礎上，提出了加壓燒結的所謂第3代高溫超導帶材技術。就目前技術水平，其帶材單位價格（kA·m）要優於二代超導帶材，但由於材料成本的差異，後者有著更大的成本降低空間。超導帶材技術和製冷等配套技術的進步，反過來為提高超導電纜的商業應用提供了強有力的支撐，進一步提升了各國對超導電纜等超導應用研究的熱情。
經過十多年的努力，關於高溫超導電纜的功能驗證型研究工作已基本完成，但超導電纜距離商業化推廣應用仍有一定的距離，後續工作將致力於超導電纜係統性能提升，推進超導電纜的產業化。其中最主要的研究方向有：①超導電纜係統安全、可靠性能研究；②超導電纜係統工程應用技術研究；③應用於超導電纜工程的大型製冷係統效率及可靠性提升研究；④超導電纜係統全壽命周期成本分析研究等。
針對這些研究方向，一方麵需要相關研究人員從電纜本身和相關配套技術等方麵出發，係統深入地開展研究工作；另一方麵需要政府加大投入，對相關產業和項目進行扶持，同時需要電力部門和大型電力用戶積極參與，盡快開展更大規模、更接近實際應用的電纜示範工程項目，甚至商業試用型工程項目，共同推進超導產業的健康快速發展。
