节约能源的一个好方法
超导性给更高效的发电机带来希望 (1998年3月10日)
研究通过超导性节约电力的方法已经成为热门领域,这种方法是通过应用极低的温度使导体的电阻降为零。如果超导性可以被应用于发电、输电和储电,将可以大大降低电力的无用耗费,这不仅可以降低能源的使用,还可以帮助减少二氧化碳排放。过去十年,研究者已经在超导材料和制造低温技术方面取得了很大的进步,现在人们期待这些技术能够广泛地实际应用。
更简单,更清洁的发电厂 超导性是当固体材料在一定的低温条件下电阻消失的现象。如果超导体可以被转化成电路回路,则电流将永不消失,因为没有电阻损耗能量。更加神奇的是,超导体“很厌恶”外磁场。所以如果一个磁体放在超导体上,一股推力将把这个磁体悬浮在超导体之上。
研究员已经很长时间研究如何将这些特性应用于节约能源上,在过去十年,超导体材料和低温制造技术的进步终于将这种特性现实地应用于发电、输电和储电上。因为它节约了热能,超导性在减少二氧化碳排放的作用上很有希望。被认为是一个很有希望节约能源的技术。
由位于大阪府的几家电力公司和电器制造商成立的地方研究小组正在一个实验中心研究超导材料和相关的设备。这个小组希望在2010年左右开发一个实用的超导性发电机。使用常规的电磁铁发电机发的电有百分之二由于电阻和其他因素的原因以发热的形式白白耗费。但是如果超导的磁铁被应用,没有任何电力耗费在电阻上。随着这项技术被引进在大的发电厂,即使把生产作为冷却剂的液氦过程中消耗的能量也计算进去,电力的损耗还是可以降低到百分之一的低水平。
如果在整个产业都能应用这项技术,效率仅仅提高百分之一的变化也是巨大的。1997年秋,由大阪的这个研究中心开发一个试运行的超导体发电机能够产出七万千瓦的电力,是世界上超导发电机的最高水平。假如这项技术被应用于所有在日本的热电站,可以计算出的结果是每年节约550万桶石油。
效率高的储电和输电 中部电力公司和四国电力公司在公司所在的两个地区供电,他们正在开发技术以利用超导体排斥磁场的特性来解决对电力需求的不平等问题。在日本,酷热的夏季时期白天的用电高峰非常高。电力公司已经投入巨大的资本来试图满足这个高峰的需求,但是如果能在夜间储电,白天使用,他们可以获得更高的效率。现在储电的主要技术是蓄水,在晚上时用电将水库中的水抽到高位,在白天时再释放出来用水力发电机发电。这种方法的问题是有三分之一的电力浪费在抽水和其他的过程中。
现在正在研究的一个另类超导体技术是飞轮电力储存。一个包含磁铁的轮子漂浮在超导体材料的上方;通过将它旋转,电力可以以旋转能量的形式储存起来。如果电流通过绕在轮子周围的线圈,轮子开始根据发动机的原则旋转。空气摩擦被在飞轮周围创造出来的真空去掉,将可以永远旋转而不损失能量。这个旋转的飞轮以后可以在需要时用来发电。使用这套系统所需要的空间比传统的发电设备需要的小得多。
研究人员不仅正在寻求用超导性发电和储电,还要用它输电。住友电力工业公司和东京电力公司正联合开发用超导性线材料扭合而成的胶带作为覆盖在铜管上的绝缘体所形成的电线;作为制冷剂,液氮流在铜管的外表和里面。一般使用铜线做导体输电,每公里电阻损耗是50千瓦。但是使用超导体,损耗可以降低到35千瓦。因为每公里线重13吨,超导体线是普通线重量的十分之一,操作更加简单。除此以外,安装地下电线的成本估计可以降低百分之十至百分之二十。他们的目标是在2010年左右开发出能够实际使用的,处理百万千瓦级的核电站的输电线。
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