博一建材讯:超导材料能大幅度降低输电路的损耗。这不仅可提高效率,而且可降低燃煤发电量,从而减少污染排放量。因此,发展超导带材及其传输电缆将提升和改革电力电网,不但能促进经济发展,而且对节能减排以及低碳经济都有十分重大的意义。
自从1911年发现超导现象以来,各种超导体的发现可谓层出不穷。然而,各类超导体的实用化水平相差很大,有的基本上失去实用性。1986年后,发现了一系列临界温度超过液氮温度(77K)的氧化物超导材料,它们可以工作在廉价的液氮环境,这类材料被称为高温超导材料,显示出诱人的应用前景。然而从实用的角度看,特别是就电力能源系统的强电应用而言,只有Bi、Y系材料才有市场价值,其它系由于含有危害环境的元素或需要特殊的制备工艺而失去了作为实用超导材料的普适性。
Bi系超导材料是在上世纪90年代末研制出来的,被称为第1代高温超导带材,具有较高的上临界场,可以用来获得较高的磁场。然而Bi系材料在液氮温区的不可逆场较低,只有在较低温度时才适于强电应用;此外,其交流损耗太大,不符合交流传输和变化磁场的应用;另外,其制备方法普遍使用粉末套装工艺,离不开贵重金属Ag,使其成本居高不下,故基于它的超导技术在工业上大规模应用的前景变得渺茫起来。
近年来研发出来Y系高温超导带材,与第一代高温超导带材相比,Y系带材具有较高的不可逆场,在磁场中临界电流密度可维持在很高的水平,突破了Bi系材料只能实用于直流和低温的限制,是真正的液氮温区下强电应用的超导材料,被称为第二代高温超导带材。这种超导带材通常建立在现代薄膜外延生长技术上,故也被称为高温超导涂层导体。尤为可贵的是,第2代高温超导材料以廉价的Ni或Ni合金为基带,甚至以一般的不锈钢为衬底,材料成本明显低于第1代超导带材,性价比优势明显,使高温超导在电力工程中的广泛应用成为可能。
进入新世纪以来,世界各国已逐步放弃第1代超导材料在电力传输方面的应用,而将研究重点转移到第二代高温超导带材上来。随着第2代高温超导带材产业规模的扩大及带材性能的提高,其性价比将大幅下降,接近甚至低于铜导线性价比的水平。这为超导材料真正走向产业化打下了基础。
近年来,美、日、韩和欧洲多国,已先后成功研制出长度超过100米,最长达到1000米且能够传输100安培以上超导电流的第2代高温超导带材。2008年美国纽约州在商业电网中安装了第一条第2代高温超导带材输电电缆,能为30万户家庭供电。
超导技术是21世纪具有战略意义的高新技术而超导带材是超导电力应用的基础。第2代高温超导带材作为目前实用超导材料最为理想的选择,其研发是占领该领域高点的关键,应引起高度重视。
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