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超导电力传输正在变成现实

文摘 2024-10-08 17:30 广西

“超导电力传输正在变成现实”

超导体需要超低温的环境

超导体是一种没有电阻的材料。在超导体中，电流可以完全无损地流动。超导体还具有磁场线无法进入的特性，这也是为什么它们可以用于磁悬浮列车的原因。问题是，所有已知的超导体都需要极低的温度或高压下才能工作。目前最实用的是所谓的“高温超导体”，其在-196℃以上的温度下变为超导。

高温超导体可以使用液氮冷却

零下196℃跟人们常规理解的高温相差很远，但这个温度对于超导材料来说已经够高了，因为可以使用液氮进行冷却。对于更低温度的超导材料，其冷却成本会更高。

超导体的另一个问题：制造加工困难

除了冷却问题之外，已知的高温超导体难以生产并且易碎。所以很难把超导材料做成电线，并用于电力运输。像是去年的疑似超导体LK99，世界各地的实验室花了几天时间烘烤原材料，最后最多只能得到一些材料碎屑。这从一个侧面反映了超导材料的加工难度。

超导电力线已经出现

但超导电力线确实存在，其中一些实际上已投入使用。它们的工作原理与普通电线完全不同。普通电线的中间是铜，外面是绝缘层。超导电线有不同的层，冷却剂通过这些层泵送，然后超导体本身缠绕在绝缘层周围。它看起来就像图片中看到的那样。

VEIR公司正在解决超导电力传输的成本问题

虽然这种方法能实现超导电力传输，但问题是生产液氮需要能源，最终在冷却系统中投入的能量可能比在传输过程中节省的能量还多。而且氮气在电缆中流动时会变热，因此必须定期重新冷却。对于高压输电线来说，通常每隔5公里左右就需要重新冷却一次。

看起来超导电力运输系统建造起来很麻烦，运营成本也很高。但是。位于马萨诸塞州的VEIR公司表示他们知道如何改变这种状况。

方法1：通过液氮蒸发的方式冷却

为了提高冷却的效率，他们采用了2010年Los Alamos提出的一个想法，即不将液氮泵入周围，而是让液氮蒸发带走热量。这样做的好处是，通过蒸发可以获得额外的冷却，效率更高。它的工作原理就像淋水之后，风一吹会感觉更冷，这是因为水蒸发会带走大量的热量。

方法2：构建新的冷却系统

在该公司提交的两项专利中，他们设计了沿线的冷却系统以及架空电缆的悬挂系统。这基本上是一种将部分氮气从电缆中抽出，通过冷却系统，然后将其泵回下一段的设计。氮气本身可以从空气中提取，因为空气中含有78%的氮气。他们声称，有了这种系统，每隔100公里左右设立一个冷却站就足够了。

搭建了30米的测试系统

目前他们的测试项目仅覆盖约 30 米。但他们已与 National Grid（一家在美国和英国均有运营的能源公司）合作，以在更远的距离上测试他们的想法。使用这些电缆不仅可以避免电缆电阻率造成的损失，而且由于热量损失更少，还可以传输更多电力。

当然，超导电力传输要大规模应用还需要解决很多问题，包括冷却系统系统在大规模运行中的可靠性、当前高温超导体的高成本，以及过少的供应商可供选择。但如果超导电力传输最终证实可行，将大大改变世界的能源格局。

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkzODQyNzg3Mg==&mid=2247504596&idx=1&sn=4e8178b2692375f373ac181789da4798

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