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新型超导材料用于远距离能量传输

发布人:电缆宝dianlanbao 发布日期:2017-11-23来源:电缆宝分享到:

电缆宝dianlanbao】欧洲的能源格局正在迅速变化,可再生能源比例稳步提高。 例如,在德国,太阳能和风力发电在2015年平均占电力总产量的33%。作为该国能源转型或能源转型的一部分,核电的淘汰将影响当地电网。

然而,可再生能源取决于当地天气条件,电力可能从一个地区分流到另一个地区,还有建设连接欧洲各国的新的长距离输电线网络。现有的技术,高压直流架空线是目前最便宜的选择。但是,农村人口和环保组织坚决反对这一做法,另一种方法是在地下埋设铜或铝高压线路,这是人口密集地区使用的一种解决方案,但由于架空线路的成本高得多,这种方法不可能长距离使用。

通过铜线或铝线输送能量的另一个缺点是由这些导线的电阻会引起的传输损耗。这种电阻会导致电线发热,并直接导致能量损失。对于长线来说,能量损失可能高达传输能量的10%。在欧洲,这相当于3到5个大型发电厂的产量。

1911年,荷兰物理学家海克·卡默林·昂内斯(Heike Kamerling Onnes)发现了超导体。他发现,当一些金属冷却到接近绝对零度的温度时,它们将失去所有的电阻。例如,在几乎绝对为零的铌闭环中流动的电流将永远流动。科学家认为,超导电线可能是能源运输的一个好途径。

第一个实际的建议是50年前美国物理学家理查德·加文(Richard Garwin)提出的。他提出,运输100千兆瓦(当时美国生产的所有能源)的1000千米输电线路可以通过一条仅有30厘米宽的地下超导电缆(包括其冷却系统)传输。缺点是将导线冷却到绝对零度以上几度费用太昂贵了。

在二十世纪八十年代,科学家们发现了新的陶瓷材料,可以在很高的温度下变成超导体,温度达绝对零度以上70度。尽管这样将会便宜得多,但是这些高温超导体难以制造,并且在长距离使用时成本也很高。由于成本高昂,公用事业公司一直对能源运输的使用持犹豫的态度。

但在2001年,日本的研究人员发现,一个相当简单的化合物,二硼化镁(MgB 2),在绝对零度(39K)以上39度的温度下可以变成超导体。 2011年,在德国波茨坦的高级可持续发展研究所(IASS),诺贝尔物理学奖获得者卡洛·鲁比亚(Carlo Rubbia)发起了一个研究组,研究超导电线在能源运输中的应用。

二硼化镁只有粉末形式,但是意大利热那亚的哥伦布超导公司的研究人员发现,这种材料可以通过用粉末填充铜或镍管并烧结而制成长股。总经理兼公司联合创始人Giovanni Grasso说:“高成本阻碍了超导体长距离的能量传输,MgB2确实改变了这一局面。

2014年,欧洲核子研究中心对MgB2线进行的第一次测试证实,该材料将是一个不错的选择。 IASS的物理学家阿德拉·马里安(Adela Marian)说:“MgB2电线经过高达20,000安培的高电流测试,这个实验证实了MgB2作为远距离能量传输的超导体的潜力。

该研究所正在与欧洲核子研究中心(CERN),哥伦布(Columbus)等研究小组一起参与欧洲“最佳路径”项目的超导体研究。他们现在正在筹划一个示范项目,将在与未来能源传输系统相匹配的条件下测试一个MgB2电缆

在200-320千伏的电压和高达10,000安培的直流电流的情况下,实验将通过12.5毫米的超导电缆,展示3.2千兆瓦(相当于三个大型发电站的输出)的输电量。这根电缆将与其冷却系统一起放置在一个管中,使其保持在20K的最佳温度。

冷却系统的未来设计仍在调查中。它将分两个阶段进行:首先,使用氮气的外部冷却系统将使温度下降到70K,然后电缆本身的温度降低到20K。冷却剂将是液态氢气或氦气。

法国公司Nexans的项目负责人Christian Eric Bruzec说:“工作的低温系统仍然是限制这一应用的主要方面,尽管如此,最终,地下MgB2电缆预计将与架空输电线路竞争,Marian说。



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