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超导输电技术要来了,据说美国的一些初创公司已经在研究输电线路的材料问题,以便接下来能够大面积推广。网上还有观点说,一旦超导输电成为主流,我国的特高压输电技术将会被碾压。
这种说法既对又不对。美国确实在研究超导输电技术,我国同样也在研究。最关键的是,目前对于超导输电技术的研究还没有取得实质性突破,大面积推广依旧存在缺陷。
那么超导输电技术和现在常规的输电技术有哪些不同呢?既然说超导输电技术很厉害,为什么不尽快推广呢?其实都想赶紧推广,但问题是现实还不允许。
我们虽然每时每刻都离不开电,但是对于绝大多数人来说,对电力的知识了解都很有限,尤其是电力传输,其背后的原理以及蕴藏的复杂技术,并没有多少人了解的更多。
简单来说,电力在传输的过程中一定会出现损耗,传输的距离越长,损耗也就越大。这根电力输送的材料以及电力传输本身有关。
其实还在很早的时候,科学家就已经发现了一种不会产生损耗的输电材料,这种材料就是超导体。如果用这种材料来输送电力,几乎不会产生任何电阻,也不会产生损耗,即便有损耗,也可以小到忽略不计。
既然早就发现了,为什么不用这种材料来做输电线路呢?这就不得不说到,在物理的世界,从来就不会有100%的完美。
超导体虽然不会产生损耗,但是科学家也发现,如果是在常规的温度和常规的压力下工作,根本就不起作用。
当然,这是通俗易懂的说法。科学家老早就发现,超导体必须要在极低温度和极高压力下才能工作,这也就意味着它只能处在理论之中,或者是只能运用于一些实验性质的活动,根本不可能在现实中大规模使用。
极低温度是多少呢?这么说吧,哪怕是零下200°C的低温,从超导体的角度来看,依旧属于高温的范畴。所以超导体在很长的一段时间里,基本上只运用在了磁共振成像机等特定领域。
有意思的是,差不多还在40年前,科学家实际上就已经找到一种解决方案了,或者说找到一种能够在常温状态下工作的超导体了。但是请注意,这里所说的常温状态是相对而言的。
时间回到1986年,科学家发现了这种超导体,通过技术可以让温度稳定在零下196°C左右,然后就能保证超导体正常运作。
是不是感到很无语?哪怕已经有所突破,但是这个温度实际上依旧十分特殊。不过在科学家看来,零下196°C的环境已经可以通过技术来实现了。
怎么办呢?就是用液氮来做冷却剂。液氮可以制造极低温度,自然就能够保证超导体所需。如果是把超导体运作输电线路的话,可以将液氮注入电线内部,从而起到冷却效果。
简单来理解,用这种超导体制造输电线路,中间可以做成是中空的,然后往里边注入液氮,从而实现超导体工作所需的温度环境。
和现在的输电线路相比,超导输电线路能够降低因为发热而产生的电力耗损,在相同宽度的电线中可以承载更大的电流,效率更高,就能够减少新输电线路的建设。
值得一提的是,如果现在要大面积使用超导输电技术,直接用超导材料更换掉传统的线路就行,不用进行新的线路架设,大大节省了成本。
你肯定想问,既然优点这么多,为什么国家不赶紧更换材料呢?其实就像上面提到的那样,所有的事情都不可能是100%完美的。
全世界的电力输送线路很长,如果要使用超导输电技术,电线线路的材料就要全部更换一遍,更换成本相当高。
同时,营造合适的环境温度,也就是冷却到一定的温度,同样也得投入巨量的成本,而且这种投入是源源不断的。
举例来说,从新疆传输电力到上海,几千公里,如果全部改成超导输电技术的话,更换线路材料的成本还是其次。接下来整个传输过程中,还要源源不断的营造低温环境,也就是要源源不断的向电线线路里注入冷却剂。
这个过程中产生的成本实际上比电力耗损产生的成本还要多。最为关键的是,目前的技术还不够成熟,输送距离这么远,能不能保证线路周边的环境一直保持低温状态,这在技术上还不敢说100%不会出问题。
目前国内外的研究,采用的方式就是向电线内部注入液氮。这种方式并不稳定,最关键的是,电力输送的距离越长,如何保证液氮能够持续向电线内部注入,目前还没有很好的解决方案。
正因为如此,虽然国内外都已经在进行超导输电技术的实验了,但是设置的线路都很短。
比如在德国的埃森,设置的线km长,在美国的芝加哥,连接两个变电站的地下线米,这些线路都很短。材料成本和冷却成本是最大的制约。
所以,如果不解决这两个问题,即便拥有了相对成熟的技术,国内外也不会大面积使用超导输电。不过,也有业内人士对超导输电技术的广泛应用持乐观态度。
目前,中国和美国正在争分夺秒的研究核聚变技术,建造聚变反应堆中的强大磁体恰恰需要大量的超导材料。如此一来,对生产超导材料的企业来说,超导体本身的成本会急速下降。
佛罗里达州立大学的一位研究人员就表示,只要超导材料的成本能够降下来,企业就愿意大规模生产。据说美国一家初创公司联邦聚变系统已经在计划生产了。
但问题就在于,目前围绕新能源转型的企业多如牛毛,有些公司完完全全就是在吹嘘,通过这种方式拉投资、圈钱,实际上根本没有成熟的技术。
所以,超导材料接下来能不能够快速的批量生产,现在还是未知数。不解决这个问题,即便超导输电技术再具备优势,也不可能在现实中应用。
这家美国公司名叫veir,也是一家初创企业,他们想要推出一种全新的技术。
现在研究的技术是把液氮注入到电线内部,整个线路的冷却是闭环的,也就是液氮不跟现实的环境接触。
美国的这家公司则改变了方法,他们沿着输电线路每隔一段距离设置一个站点回收液氮,也就是让线路内部的液氮蒸发掉,从而提高冷却的效率。
为了验证这种办法可以降低成本,这家企业2023年在美国的马萨诸塞州铺设了一条30米长的输电线路。相比于传统的输送方式,输电能力确实提高了5~10倍。
但即便效率再高,这仅仅是实验,而不是真正的应用,毕竟传输距离只有30多米长。外界认为,如果真的采取大规模的传输,工人的培训势必也是一个大的问题。
现在的电力工人,他们所学的技术都还是传统的,如果改变了传输方式,采用了新的技术,那必须得对工人进行全新的培训。
除此之外,线路一旦发生故障如何进行维修,这同样也需要考虑。因此,将各种因素综合在一起看,就会发现,传统的输电方式虽然有耗损,但是基本上很稳定,不会出现太多的问题。
这也恰恰验证了一个理论,越简单的技术,应用的可能性就越大,而越是复杂的技术或者系统,出错的概率越大,其本身并不稳定,这才是最大的制约因素。
网上有消息说,美国接下来要大规模推广超导输电技术,实际上是夸大了相关的实验。再者,不光美国在进行研究,我国实际上也有超导输电的示范项目。
2021年底,位于上海徐汇区的超导输电线路就已经投入运营了,线千伏公里级的示范工程。
在零下196℃的液氮环境中,输电线路使用的是超导材料,电力传输没有损耗,而且接近于零电阻,这就能够实现在低电压等级的情况下保证大容量输电。一条超导电缆的输送容量,相当于4~6条相同电压等级的传统输电电缆。
值得一提的是,我国目前使用的超导材料以及输电线路中应用到的技术都是自主开发,相关技术都达到了国际领先水平。
效果确实不错,但现在的问题是依旧还没有到大面积应用阶段,至于什么时候开始大面积的应用,目前并没有一个确切的时间表。可以肯定的是,国家还要继续研究该技术的稳定性,同时也要考虑成本如何尽可能的降低。
网上说美国的超导输电技术,接下来将要取代我国的特高压输电技术,完全不可能。
可以肯定的是,在未来的一段时间,超导输电技术并不会大面积取代特高压输电,很多问题都还没有得到解决,国家并不会仓促推动一项新的技术上马。
再者,我国在该领域也在进行研究,并不是被美国垄断了相关的技术,所以哪怕未来的特高压输电技术被替代,也只是技术上的升级。
还有观点认为,目前的太阳能和风力发电产生了大量的电力,这些电力未来都要输送和应用起来,因此各个地区需要建设更多的输电网络。
这样一来,超导输电技术就有了应用的契机。根据国际能源署的预估,到2040年,全世界需要新增加或者是替换至少8000万公里的电网。
这是一个相当庞大的数字。至于在未来的替换中,国家会不会使用新的技术,那就要看超导输电技术的研究是否已经达到大面积应用的要求了。
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