超導電力線助推電網綠色發展

　　◎本報記者 張佳欣

　　據英國《新科學家》雜志近日報道，隨著新生代的核聚變能產業發展，無需依賴任何特殊材料就能建設超導輸電線路變得越來越可行。同時，其解決方案也相對簡單：將電線“冷凍”起來。

　　傳輸電力暢通無阻

　　超導體是幾乎能夠無電阻或無損耗地傳輸電力的材料。最早發現的超導體需要在極低溫度或極高壓力下工作，這限制了它們的應用范圍，僅能在磁共振成像機等特定領域一展身手。

　　1986年，人們發現了第一種“高溫超導體”。盡管這個“高溫”仍遠低于日常所理解的溫度范疇（約-196℃），但這一突破已足以讓科學家興奮不已，因為這意味著可使用更為經濟且儲量豐富的液氮作為冷卻劑，而液氮可泵入電線芯以冷卻超導體。

　　與傳統銅質電線相比，高溫超導電力線展現出了一系列引人矚目的優勢。首先，它們能最大限度地減少電網中因發熱而損失的電力。此外，高溫超導電力線能在相同寬度的電線中承載更大的電流，從而大幅減少所需的新輸電線路數量。在某些情況下，現有的銅質電線也能被超導材料替換，這將減少電力傳輸所需的空間，省去了鋪設新線路的繁瑣。

　　迎來雙重飛躍契機

　　目前，全球已有數條高溫超導電力線路投入運營。例如，美國芝加哥郊外連接兩個變電站的200米地下線路，以及位于德國埃森市下方全球最長的1公里線路。然而，這些線路相對較短，且僅應用于空間受限的特殊環境。究其原因，高昂的制造和冷卻成本是制約因素。

　　不過，美國佛羅里達州立大學國家高磁場實驗室的大衛·拉爾巴萊斯特爾表示，幾項重大進展可能會改變現狀，使超導電力線迎來一個“歷史性時代”。

　　一是隨著制造商改進生產方法并實現大規模生產，超導體本身的成本正在下降。這主要得益于新興聚變能行業需求旺盛，正尋求使用超導材料來建造聚變反應堆中的強大磁體。

　　例如，一家名為聯邦聚變系統的美國聚變能初創公司計劃用“超導膠帶”纏出一個反應堆。他們預計今年將使用10000公里的高溫超導帶。這種超導帶層層堆疊，可形成非常強大的電磁鐵，從而塑造并約束不規則的等離子體，并使大部分帶電粒子遠離托卡馬克壁面。該公司相信，用這種新方法可建造一個體積更小、更便宜的高性能托卡馬克。

　　另一個契機是，全球能源結構的深刻轉型正呼喚著前所未有的輸電能力擴容。為了將太陽能和風能等可再生能源從資源豐富的地區輸送到需求中心，并滿足電動汽車、熱泵和數據中心等日益增長的電力需求，構建龐大的新型輸電網絡已成為當務之急。國際能源署估計，為實現氣候目標，到2040年，全球需要新增或替換約8000萬公里的電網，這一數量相當于目前全球電網的總長。

　　能源轉型號角吹響

　　“能源轉型的號角已經吹響，而我們正站在將這一變革融入現實系統的門檻上。”VEIR公司的凱文·鄧恩表示。VEIR是一家致力于建設超導電力線路的初創公司。該公司開發了一種技術，能在不增加占地面積的情況下，傳輸比傳統線路更多的電力，從而實現長距離高效輸電。

　　到目前為止，高溫超導電力線一直采用“閉環”系統，通過向電線芯注入液氮來冷卻。而VEIR的方法是在沿電線每隔約一公里處設置站點來回收液氮。這種“開環”系統允許液氮從站點的被動熱交換器中蒸發，使得冷卻效率大大提高。

　　去年，VEIR在美國馬薩諸塞州沃爾伯恩鋪設了一條30米長的輸電線路，其傳輸能力可達傳統線路的5—10倍，且無需額外建設基礎設施。這有望簡化電網擴容，對于支持可再生能源并增強電網韌性至關重要。

　　不過，對于高溫超導線路的質疑聲依然存在，比如在風暴后如何進行維修，以及如何培訓工人處理相關問題等。

　　此外，還有其他簡易方法可擴大輸電容量，而無需使用高科技超導體，比如用稍好一點的導體代替銅線。