超導輸電開啟跨國輸電新篇章.
“超導輸電”的關鍵——輸電電纜的技術開發(fā)已基本結束。輸電的電力損耗將會伴隨超導輸電的運用而銳減。商用運行將在5年內(nèi)啟動。作為節(jié)能的撒手锏，這項技術還將在跨越國境的遠程電力協(xié)調(diào)中發(fā)揮作用。
研究始于20多年前的“超導輸電”終于進入了實用化的*終階段。
所謂超導是指特定金屬或化合物冷卻到超低溫時，電阻變?yōu)榱愕默F(xiàn)象。而超導電纜則是把利用這項技術制造的線材收納在保溫管中制成的電纜。保溫管內(nèi)通入液氮等制冷劑，維持超導所需低溫狀態(tài)，這種輸電方式的電力損耗遠遠低于一般的銅線。
日本國內(nèi)2011年度總發(fā)電量為8574億千瓦時，其中，從發(fā)電站輸往家庭途中的損耗約5%，相當于6座100萬千瓦級核電站1年的發(fā)電量，有數(shù)據(jù)表明，電線電阻造成的損耗大約占到一半。正因為如此，人們才對零電阻超導電纜充滿了期待。
“超導”驅(qū)動電車
位于東京都國分寺市的鐵道綜合技術研究所俗稱“鐵道綜研”。在研究所內(nèi)鋪設的實驗軌道上，跑著貨真價實的電車。軌道的旁邊，設置著長約31m的黑色電纜。這就是用于輸電的超導電纜。
鐵道綜研開發(fā)的超導電纜支持直流輸電，使用稀有金屬鉍制成的超導材料線材封裝在約10cm粗的管中。工作時，-196度的液氮在內(nèi)部循環(huán)，對線材進行冷卻，使電阻歸零。
因為超導輸電需要讓液氮循環(huán)，所以一般采用的是平行設置往返兩條電纜的方式。但考慮到遠程使用和設置的自由度，鐵道綜研采用多層構造的保溫管，設計出了可讓液氮在一根保溫管中往返的構造。
鐵道綜研研究開發(fā)推進室擔當部長兼超導應用研究室長富田優(yōu)博士說：“不只是削減輸電損耗，超導電纜對于有效利用再生能源也效果明顯。”
在電車停車時，馬達發(fā)揮發(fā)電機的作用，把動能轉(zhuǎn)化成電能回收，這就是再生能源。
今后，再生能源將能夠通過電線傳輸給其他的電車。現(xiàn)在，由于輸電線的電阻大，再生能源只能供應給附近的電車。而使用超導電纜的話，在原理上，電車無論身在何處，都可以互通電能。富田博士推算，“如果是鐵路，節(jié)能效果將達到5%”。
使用31m電纜的性能測試現(xiàn)已基本結束。世界**使用超導電纜供電驅(qū)動車輛的驗證實驗已于6月開始。按照預定，使用310m電纜的**驗證實驗將于秋季展開。富田博士充滿自信地表示，“這次實驗以在實際鐵路網(wǎng)中的運用為目標，將成為一項重大突破”。實用化預計將在5～10年內(nèi)實現(xiàn)。
日本率先量產(chǎn)電纜
北海道石狩市也在推進使用超導電纜的輸電項目。
地點是石狩灣新港地區(qū)。按照項目的計劃，太陽能電池板生產(chǎn)的電能將以直流電的形式，經(jīng)由500m長的超導電纜，輸送到SAKURAInternet的石狩數(shù)據(jù)中心。輸電預定在2年內(nèi)開始。2014年以后，該市將重新鋪設2km長的電纜，對遠程輸電的電力損耗和維護費用等進行驗證。
數(shù)據(jù)中心中運行著大量的服務器，而且需要冷卻，因此電力需求龐大。高效利用電能有助于大幅壓縮運行成本。
這一次，借助寒冷的氣候與直流化的效果，石狩數(shù)據(jù)中心的耗電量減少到了以往的一半以下。對于實驗的意義，在該項目中發(fā)揮核心作用的中部大學超導及可持續(xù)能源研究中心教授山口作太郎說：“通過結合超導輸電，可以高效利用太陽能發(fā)電”。
人類發(fā)現(xiàn)超導現(xiàn)象要追溯到100多年前的1911年。但當初發(fā)現(xiàn)的超導體必須在溫度降至**零度(-273.15度)附近的時候，才能達到超導狀態(tài)。冷卻需要使用昂貴的液氦，難以應用于輸電。
但是，隨著在較高溫度下就能達到超導狀態(tài)的“高溫超導體”于1986年開發(fā)成功，超導電纜的研發(fā)日漸興盛。
高溫超導包括不少種類。比方說，使用稀有金屬鉍的超導是在-160度左右達到超導狀態(tài)。使用稀土釔、在-180度也可達到超導狀態(tài)的超導材料也已經(jīng)開發(fā)成功。
冷卻這些超導體可以使用溫度比液氦高，但價格便宜許多，而且容易保存的液氮。因為高溫超導體能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定利用，所以商業(yè)利用的價值也逐漸顯現(xiàn)了出來。
住友電氣工業(yè)超導產(chǎn)品開發(fā)部長林和彥說：“電纜性能已經(jīng)達到了實用水平。”在超導電纜的量產(chǎn)化技術上面，日本企業(yè)位于世界*前列。
而住友電氣工業(yè)則是日本企業(yè)之中的先鋒。2003年，該公司在全世界率先成功實現(xiàn)了高溫超導電纜材料的量產(chǎn)化。向國內(nèi)外眾多超導輸電實驗供應使用鉍制作的線材和電纜。
另一方面，古河電氣工業(yè)、藤倉等其他日本電線企業(yè)開發(fā)的則是釔系電纜。有看法認為，釔系電纜銀的用量少，在成本方面有利，但就量產(chǎn)化技術而言，鉍系一馬當先，距離實用化*近。
超導電纜雖說有助于節(jié)能，但并非萬能。
超導電纜的電阻的確為零，但維持超導狀態(tài)需要在液氮的循環(huán)過程中對其進行不斷冷卻，這就需要使用冷凍機和泵。而冷凍機和泵會耗電，因此，嚴格來說，輸電損耗并不為零。
目前，電力損耗大的遠程輸電、向用電規(guī)模大的大型設施的輸電估計會是超導輸電的主要用途。今后，隨著高效率冷凍機的開發(fā)，應用范圍將一舉得到擴大。
另外，對于上面介紹的鐵路與數(shù)據(jù)中心的事例，直流輸電是一個重點。
