超導電現象發現至今已有一百一十多年歷史了.在這歷史瞬間,超導有可能成為新產業革命的導火線,尤其是1987年液氮溫區高溫超導體的出現,全球迅速掀起高溫超導研究熱潮,人們期望高臨界電流,結構穩定的氧化物高溫起導材料的開發,能在國計民生的許多領域得到廣泛應用.現在著重就超導體在電力工業中輸電作用做簡單介紹。
人們在日常的工作,生活中常離不開電.我們平時用的電,從發電廠到變電站,再經配電,變電送到用戶,是通過由銅或鋁製成的電線傳輸的.電流傳輸過程是遵守德國物理學家歐姆發現的歐姆定律,即電路中的電壓和電流是成一定比例的,這個比例常數就是電阻.為了減少輸電過程能量損耗,釆用高壓輸電。 超導體只有在直流電的情況下,電阻才為零,在交流電時,尢其是高頻電流,電阻就不等於零.人們在研究了超導態在外加的磁場中行為之後,知道超導態可以被外加磁場所破壞,才認識道超導態是由於傳輸電流自身產生的磁場H超過超導體的臨界磁場Hc,使其超導態受到破壞,根本無法通過大的電流.這些都需要研製高溫超導材料時於以解決。
另外,目前高溫超導材料還得在液氮溫區運行。中國科學院電工研究所和西北有色金屬研究院 、北京有色金屬研究總院合作 ,自1997年底開始進行高溫超導輸電電纜的開發研究,這是我國「863」 計劃的「九五」重要項目,其目標是研製一根6米長 2000安的高溫超導輸電電纜。2000年11月底 ,最終完成了6米長2000安高溫超導電纜的研製並成功地進行了低溫通電試驗,電纜的臨界電流達2480 A(1uV/cm判據),超過設計指標。
上海電纜研究所自2000年起瞄準超導電纜這一世界前沿技術啟動研究,最為核心的是二三十根僅0.4毫米厚的100%實現國產化第二代超導帶材。項目選址位於上海市中心徐家匯地區,聯結兩座220千伏變電站,總長度約1.2千米,預計2020年底建成投產,屆時將成為世界上輸送容量最大、距離最長的全商業化運行35千伏超導電纜工程。目前已投運的最長高溫超導電纜位於德國埃森市,全長約為1公裡。
超導輸電:超導電性在電力上的應用一個較為現實的例子就是用超導體送電,由於超導體沒有電阻,採用直流輸電,它的電力損耗為零。只要有很小的電壓(如100伏)便能將電廠發的電送到千家萬戶,它既安全又經濟,目前輸電用的變電所和變壓器完全可以被省去。當然現在為冷卻迴路需要消耗一定能量,只有在輸電容量高於幾千兆瓦時,超導輸電的優勢才能明顯顯示出來。一旦室溫超導體出現,將徹底改變目前電力工業的面貌,一切將發生翻天覆地的變化。
常溫超導體是我們夢以求目標。我們看到了曙光。現在讓我們簡單介紹未來諾貝爾獎得主-魔角石墨烯先驅曹原。
當具有相似晶格常數的兩個單層二維範德華材料垂直堆疊且略微未對準時,則會呈現出周期性莫爾圖案,從而改變材料的電子態,出現電子平帶。早在2018年3月,曹原等在~1.1°魔角扭曲的雙層石墨烯中發現新的電子態,可以簡單實現絕緣體到超導體的轉變,打開了非常規超導體研究的大門。這個全新的發現,把石墨烯推向了新的發展高度。
當然,在~1.1°魔角扭曲的雙層石墨烯中發現新的電子態,可以簡單實現絕緣體到超導體的轉變,打開了非常規超導體研究的大門。要求其實用化,還須有一段時間努力,但至少我們看到了希望。