我国特高压要被取代了?美国发明超导输电,预计2026年大规模试点

李肃说科技 2024-07-09 08:07:48
导语

“一根30米长的电缆线电流高达4000安,在3.8K的低温下,竟然仅有0.5摄氏度,几乎没有电阻,电能一路无损的输送到了远方”,这样的情况也是李亚鹏在《科学大院》这一档的科普节目中记录下来的超导现象。

而在实验过程中,李亚鹏还利用液氮将超导线进行冷却,系统的导线电阻这个值自然就为0,这也是超导体的神奇之处。

通过《科学大院》这一节目的介绍,人们对超导输电这一科技又有了新的认识,而且在我国的输电方面,特高压这一技术早已应用并成熟起来,这么好的成熟技术要被超导技术取代,这是否有些不符合常理?

但就在不久前,美国VEIR公司却宣布实现世界首例超导变流器,显然超导输电技术离我们的生活还有不少的鸿沟。

特高压和超导技术。

从电工的视角来看电路,可以将电路分为两大类,一类是直流电路,另一类是交流电路,而超导输电技术正是指对现有的所有交流电路极具颠覆性的一项技术,其实在人们的日常生活中,就已经被广泛的使用起来,不过只是处在我们日常生活中某些领域对电器件的研究上。

就拿我们现在用的手机来说,而手机的核心部件莫过于手机的处理器芯片吧,多数的芯片都是采用专利授权的ARM架构,而早在1990年,美国的苹果公司在其生产PC机过程中,就曾在其产品的处理器中使用过英特尔的x86架构的芯片,后来英特尔公司就向苹果公司提起了专利诉讼,称苹果公司侵犯了其专利权,引起了市场上强烈的热闹,但最终这场官司苹果公司胜诉,成为专利所有方,可见在超导技术方面也需要专利一样。

而特高压输电技术、超导输电技术是完全不同的两种电力输送方式,特高压输电技术是目前世界上应用最广泛和最成熟的一种输电技术,而我国在特高压输电技术这一方面也是发展最快的,目前在我国的特高压输电技术中采用的是±800kV技术,使得特高压输电实现从“千公里”到“万公里”的历史性突破。

特高压输电最大的特点就是利用电压的提高,电流就能降低,这样就能减少了电流损耗,提高了电力的输送效率,充分利用了电力的优点,就能将电力输送的更远距离,降低了输电线路的线损,延长了输电线路的使用寿命。

而超导输电技术则是利用超导材料,在低温或者说是常温的条件下,这些超导材料的导电质量会大大提高了,而超导材料的特性就是没有电阻,这样就能实现输电零电阻的情况。

在特高压输电方面,要避免电流的损耗,就需要提高输电的电压,降低输电的电流,所以特高压输电要提高输电电压,就需要绕过巨大的障碍,找到大电压绝缘材料以及大电压导线材料,并且还要解决大电压下的电弧、闪络的问题,而超导材料就是利用这种电磁的特性,实现了输电的零电阻。

如今在美国VEIR公司,其研发的这项超导输电技术的关键节点终于得以突破,实现电缆零电阻的输电,那么这项技术又有着怎样的巨大潜力呢?

超导输电技术有哪些潜力

美国VEIR公司研发出这项超导技术是利用低温冷却和高温超导带技术,将高温超导带卷绕在环形百分比,并在两端通过特殊的方式与正常态的超导体原子进行制备,待制备完成后,对接在一起,形成一个环状的超导电路,通过电源直接接入特殊方式的两端,电路就会产生直流电流,而这种电缆在运行的过程几乎没有电阻,所以就能形成一个永续的超导环。

据美国VEIR公司的负责人介绍:这种超导电缆的电流可达4000安,而其长度只有30米,而这也创造了一个新的世界纪录,这就意味着以后高能物理实验室的大型实验设备和大型加速器的电磁铁都能使用这种高温超导电缆了。

这种超导技术除了能够用于物理实验外,还能用于大型超导磁体装置的启动。

比如目前我国正在研发的东方超环,东方超环是我国研究可控核聚变所必不可少的一个装置,也是我国可控核聚变整个系统的一个总成,而超导磁体是东方超环的重要组成,作为超导磁体在可控核聚变装置中,其功能不仅是提供高磁场,从而抑制等离子体的热传输,使得等离子体能够在更低的温度下运行,同时还可以用来控制等离子体的加热、寄主运动、形变等。

在可控核聚变技术方面,是一种人们模仿太阳中的核辐射能或地球内部天然放射能,可以通过人工的方式来控制,从而实现能源的释放和利用,但就目前来看,可控核聚变技术还是在实验室阶段,阶段还比较早,还没有到工业化的阶段,正如当年人们能够利用原子能发电,几乎就是亘古的话题一般。

在当代人看来,这样一种技术似乎就是来之不可及的,然而在可控核聚变的实验过程中,是需要巨大的能量进行支持的,电力是不可或缺的一部分,但是在实验过程中产生的磁性能量,也是需要进行电源的供电,而这一电源是不能有电阻的,而超导体就是不可或缺的一部分。

超导技术和特高压谁更牛?

超导技术可能会在特定领域和应用上取得突破,但是它无法取代特高压,两者之间并不是竞争关系,而是互补、结合的关系,通过特高压输电技术,使国家之间的电网可以组成一个整体,既能够满足我国国内的能源需求,又能满足国际之间对电力资源的共享需求。

而超导技术可以满足对电力资源的超长距离长距离输送,但是超导技术复杂难实现的特点决定了它无法撼动特高压的地位,而且超导体所需的低温冷却设备,以及稀缺的超导材料的生产等方面的问题一直没有得到很好的解决,更谈不上大规模生产。

相比特高压输电技术,我国在这方面已有多年的研究经验,已取得领先地位,目前我国正在向±1100kV的特高压输电技术发展,全球都没有突破这一技术,而在超导技术方面,我国也有望取得突破性进展,如若我国能够在超导技术方面取得突破,那么我国的能源领域将有一个新的成果。

然而在超导技术的研究过程中,我国科学家也不甘落后,先后在全球范围内发现了高温超导体和铁基超导体,而低温的超导体的制备技术已经非常的成熟,但更加先进的制备技术,更耐久的材料,以及防火等等问题都是需要解决的,正如可控核聚变技术一样。

可控核聚变技术要想在短时间内实现工业化是不可能的,需要更长的时间去研究,而在超导技术方面也是一样的,研究出更先进的材料更耐久的,以及超导体的大规模制备技术才能实现超导技术的应用,因此在这个过程中,只有继续向前走,不断的探索,才能不断的取得成果。

可控核聚变技术的落地,是一场没有硝烟的战争,是对能源进行安全保障,同时无污染的清洁能源实现碳中和的目标,为人类的生活提供更多的支持,让人类真正的实现技术的突破,而超导技术的应用同样,比如电动车的充电设备等等,这都是超导技术的应用,对普通民众的生活将会带来更环保高效的能源利用方式。

结语

特高压技术是我国为了满足我国能源需求,遵循我国国情,研发出的超高压输电技术,是一种优越的电力传输技术,在推动我国经济社会发展等方面都发挥了重要的作用,在科技的发展过程中,要独辟蹊径,不断前进,向未知领域探索,争取取得重大突破实现科技的飞跃。

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