超导线材:改变用电方式

人类在享受现代文明的同时,面临着日益严重的能源危机、资源危机。在被称为数字时代的今天,人们却依赖着昨天设计的电力系统,唯一的变化是电缆越来越粗、机组越来越大。一方面,能源供应越来越紧张,另一方面,大量电能却被浪费在所使用的传统材料上。当前,我国电网的电能损耗约占总发电量的9%,其中90%左右是由电缆损耗的。到2010年,按预测的装机容量,中国在输配电网上将损失二到三个三峡电站的发电量;在美国,每年仅在输电线路上的损失就高达40亿美元。如果使用高温超导线材,不仅可以避免这些损失,而且可以节约大量的金属材料。

北京英纳超导技术有限公司成立于2000年9月,是我国首家专业从事高温超导材料及其应用产品开发、生产和销售的高新技术企业。英纳超导公司致力于在中国实现高温超导线材的产业化,推动我国高温超导线材及其应用产业的发展和创新。公司韩征和董事长在“建设中关村国家自主创新示范区动员大会”上获得“中关村二十年特出贡献个人”荣誉称号。

早在2001年7月,英纳超导和云南电力集团有限公司直属的云电控股(集团)有限公司合资成立了北京云电英纳超导电缆有限公司,致力于高温超导电缆的研发和产业化。其主持研制的三相30m、2kA/35kV高温超导电缆已在云南并网运行,它的运行使我国成为继美国、丹麦之后的第三个将超导电缆投入电网试运行的国家。标志着我国高温超导电力应用已跻身世界前列,开始进入实用阶段。

紧接着,2001年12月,铋系高温超导线材生产线投产的新闻被评为“2001年中国十大科技新闻”。它已申请14项高温超导线材产业化生产及高温超导应用领域核心专利,线材产品综合水平在世界上居第三位。目前,英纳超导产品已销往韩国、美国、欧洲等国家和地区。

高温超导线材在超导领域的地位,很像芯片或晶片在IT业中的地位,很基础,也很关键。目前,世界上从事铋系高温超导线材生产的公司只有五家,除英纳公司外,他们分别是美国超导(AMSC)、日本驻友、德国欧洲先进超导公司(EAS)及德国Trithor公司。而英纳公司生产的高温超导线材产品的综合性能位于世界前三名。

何为超导线材

1911年,荷兰科学家Onnes发现,在液氦(4.2K)低温条件下水银的电阻突降为零。这种在低温条件下物质电阻突然消失的现象被称为超导现象,转变温度称为临界温度(Tc)。低温超导材料的临界温度是绝对温度十几K以下,需要在液氦中工作。由于液氦及其制冷费用昂贵,低温超导材料的应用受到了很大的限制。目前商品化的低温超导线材主要有NbTi,Nb3Sn,主要用于核磁共振成像仪、加速器磁体等方面,全世界的市场有十多亿美元。高温超导材料一般是指临界温度在绝对温度77K以上、电阻接近零的超导材料,通常可以在廉价的液氮(77K)制冷环境中使用,主要分为两种:钇钡铜氧(YBCO)和铋锶钙铜氧(BSCCO)。钇钡铜氧一般用于制备超导薄膜,应用在电子、通信等领域;铋锶钙铜氧主要用于线材的制造。

1986年高温超导材料被发现后,全世界投入数十亿美元的科研经费进行高温超导材料的产业化研究。经过一大批优秀科学家十多年的努力工作,在钇钡铜氧、铋锶钙铜氧等几种高温超导材料中,1997年首先实现了铋系高温超导线材产业化。这也是目前唯一产业化的高温超导材料。高温超导线材具有损耗低、通电能力强(是相同截面积普通铜导线的100倍以上)等特点,其在应用领域的研究发展迅速。

超导线材的应用

超导材料与传统铜、铝等金属材料相比,由于具有零电阻、高通流能力的特性,用其制造的电力设备具有体积小、重量轻、效率高、环保等优点,在能源、电力、交通方面具有重要的应用前景,是推动节能减排与新能源技术发展的最有效途径之一,可在二十一世纪引起电力工业的技术革命。以下是高温超导技术应用的一些例子。高温超导输电电缆。与相同直径的常规电缆相比,高温超导电缆的输电能力要大3-5倍,并且不需要通风冷却的通道,因此占用空间小,开挖铺设的工作量少。英纳超导公司等单位已于2004年研制成了3相、35千伏、2千安、33.5米高温超导电缆并在云南昆明普吉电站实现了并网运行。这组电缆至今还在运行中,是目前世界上并网运行时间最长的高温超导电缆。 高温超导风力发电机。一个特定的风场的发电潜能是一定的,风力发电机的功率越大,其发电效率(发挥风场潜力)就越大。当前,英纳超导公司参与的100千瓦高温超导电动机已研制成功,1兆瓦高温超导电动机的项目也正在进行中。高温超导限流器。高温超导限流器可以起到提高了电网的安全性,同时也可提高电网的效率。英纳超导电缆技术等单位于2007年研制成了35千伏、1200安培饱和铁芯式高温超导限流器并在云南昆明普吉电站实现了并网运行。此外,高温超导技术在冶炼工业、磁悬浮列车、高温超导磁场储能器、高温超导调相器、高温超导磁粒选矿机等都可起到很好的应用。

超导产品迎来曙光

根据世界银行预测,2020年全球超导产业产值将达2440亿美元以上,正如半导体带来的资讯时代,以及由光纤带来的传讯时代,高温超导材料将从根本上改变人类的用电方式,给电力、能源、交通以及其它与电磁有关的科技业带来革命性的发展。

专家认为,2007年以后超导产业将进入高速增长期。今年5月10日,日本住友电气宣布将在大阪的工厂大规模生产铋系高温超导线材。为了抓住超导产业发展的巨大商机,英纳公司计划融资1亿人民币,进行超导线材和超导应用产品的研发和推广。

英纳公司在高温超导线材生产及应用技术领域具有丰富的经验,能够生产多种类型的Bi-2223高温超导长线材,并可根据用户对线材尺寸、套管材料及表面覆材等不同要求为其定制高质量的线材产品,提供如高温超导线圈、磁体、电流引线、超导电缆、超导限流器等超导应用半成品或成品。目前,在国内高温超导应用项目领域,英纳超导公司产品的市场份额已经占到75%以上。

据了解,2009年将是高温超导产品大规模产业化的曙光之年,关键之年。一是奥巴马上台后把智能电网列进他的能源改革战略。这一复兴计划将进一步带动国内高温超导电力能源的应用及产业化步伐。第二就是在未来数年内,如果高温超导电缆、风力发电机和感应加热器等项目能得到应用,英纳超导公司即可进入高速发展的新阶段。