韩拟用超导电缆构建国家电网

2010-10-22 10:32 来源: 中国科学院
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  100多年前,荷兰物理学家海克·卡默林·昂尼斯发现,将水银在液氦中冷却,它的电阻会突然消失。100多年后的今天,超导线材终于将用来构建国家电网

  韩国订购3000公里超导线材

  日前,位于韩国首尔外围安阳市(Anyang-si)的一家公司——LS Cable公司向马萨诸塞州德文斯市的美国超导公司签下了订购3000公里超导线材的订单。这是韩国自去年4月向美国超导公司订购80公里长的高温超导线材之后,最大的一笔商业订单。

  同样体积下,超导线路传输的电量是传统铜导线的10倍。尽管仍有一些电力损失,还需要用液态氮来给电缆制冷,用超导线制成的电缆效率仍然比铜线要高,它在传输过程中,只以热的形式损失7%到10%的电能。

  韩国去年推行“绿色新政”,希望刺激经济增长并引领绿色科技潮流。为了建立起高效强大的“时尚电网”,让电力系统更加绿色环保,他们对超导技术充满了兴趣。去年LS Cable公司向美国订购的线材,将安装在韩国首尔附近韩国电力公司(KEPCO)的商业配电电网中。

  美国超导公司并没有说明韩国今年订购如此大量超导线材的意义,但公司通讯部运营总监杰森·弗雷德特说,LS Cable公司将用新订购的超导线材来架构20个公里级电路,作为韩国电力网络现代化项目的一部分,该项目首先在其首都首尔开始。

  “时尚运动”推进“超导时代”

  用这些超导线来发展现代电网,更像是一次“时尚运动”而非技术变革。但韩国作为世界绿色技术领先国,在高效能源和替代能源技术方面的投入确实远远超过其他很多国家。2009年,韩国总统李明博提出了为期5年的“绿色增长”计划,包括建设新电网,这也是韩政府整体激励措施的一部分。

  用超导电缆代替目前现有的电网系统,其实并不像听起来的那么复杂。英国布里斯托尔大学物理系教授安托尼·凯灵顿说,因为现有的铜电缆也需要制冷系统,基本上,仅仅需要换一种不同的制冷剂就行了。

  弗雷德特解释说,真正的不同在于变电站,这里需要用一个小型的泵设备让液氮在电缆中循环。但是从外部来看,甚至分辨不出传统的电缆和超导电缆有什么区别。花很长时间和很多资金去构建电力设施,付诸使用,不能仅仅是为了它们听起来跟传统电缆很不一样。

  弗雷德特表示,希望其他国家也能转向研究一种陶瓷化合物——钇钡铜氧(YBCO)来开发超导材料。他说,韩国将由LS Cable公司搭建3个主要电力网络,美国也有兴趣使用超导电缆,中国也正在研究自己的项目,市场最终会发展起来,超导材料可能在未来的几年中得到广泛应用。

  降低成本才是变革

  高温超导是与低温超导体相对而言的,低温超导金属必须用液氦冷却到30K(零下243摄氏度)以下才能实现超导,当电流超过某个临界值时,还会失去超导性。因此,开发一种可用于商业化生产的超导体,就集中在高温超导材料上。高温超导体比低温超导体能传输更大的电流,而YBCO成为最被看好的材料。

  它首次发现于1986年,能在93K(零下180摄氏度)时仍然保持超导性,这就意味着可以用液氮来制冷。它只是“高温”超导陶瓷材料家族中的一员,但专家预测,YBCO是最有可能让世界电网变得充满活力的材料。英国剑桥大学超导工程教授戴维·卡德威尔说,作为一种易碎的陶瓷材料,人们很难设想将它拉成导线。以前的商业化尝试,致力于将YBCO晶体粉末装入金属管中,这是一个昂贵且耗时的过程。

  YBCO花了将近25年时间来实现商业化。美国超导公司用YBCO作为内芯来制造超导线,外面涂覆一层铜、不锈钢或黄铜以增加强度。三氧化二钇(Y2O3)纳米点分布在YBCO涂层上,能使电流稳定地通过。通过控制导线周围的磁场,可使电流传输能力大大提高。弗雷德特说,我们已经使这一过程的成本大大降低,当大规模生产的时候,制造导线必然更加便宜。目前不管是在美国还是在欧洲,很多试验都已成功,YBCO导线带来的利润将会越来越大。

  技术上的突破虽然让超导电缆商业化的前景更加光明,然而卡德威尔认为,这只是一种进步,还不能称为变革。只有让电缆的价格下降到能被广泛接受的程度,才是真正的变革。