飛賊克斯和康德馬特2018-04-07 02:14:08
眾所周知，常規金屬導體，即使是導電性非常好的金銀銅鐵鋁鉑等，在室溫下也是具有一定電阻的。因為造價原因，我們現在使用的輸電線主要採用的是銅鋁合金。為了儘可能地減小輸電損耗，通常採用的是高壓甚至超高壓輸電的方式。即使如此，常規輸電過程造成的損耗也有15%左右。要想避免輸電損耗，最合適的辦法就是採用超導電纜。
然而，任何涉及大規模應用的東西，價效比是第一要務。也就是說，即使超導電纜輸電損耗為零，但是其成本太高，一般用不起。如果用常規超導電纜，採用的是Nb-Ti線或Nb3Sn材料，臨界溫度在20 K以下，意味著需要依賴於昂貴的液氦。而且氦氣因為分子直徑小，比熱容小，非常容易蒸發和漏掉，維持如此低的溫度代價是極其高昂的。因此，高溫超導電纜，能夠工作在液氮溫度，固然是重要的選擇，因為液氮便宜太多了。但是高溫超導電纜同樣存在問題，因為其主要成分是銅氧化物，本身機械效能很差，非常脆弱、各向異性很強且存在弱連線問題。解決的辦法就是採用金屬包套或者金屬基帶，例如Bi2212線材就是採用銀包套，YBaCuO帶材就是金屬基帶。簡單的金屬基帶還是不夠的，還需要電化學法鍍上緩衝層和保護層，也需要銀包套和銅保護。那麼對於高溫超導金屬基帶而言，成本主要來自於金屬基帶本身以及貴金屬銀包套，相比之下內部的高溫超導層材料成本幾乎可以忽略不計。目前最便宜的金屬基帶就是不鏽鋼，但是不鏽鋼做出來的高溫超導帶材效能還有待提升。還有就是成品率的問題，一千米的超導線帶材其實需要做好幾千米才能成功一個。
目前，美國、日本、歐洲等發達國家都已經有高溫超導塗層導體的示範專案，主要就是高溫超導電纜輸電。我國也有少量示範站點，其中上海將在2018年起建設一條一公里的超導示範輸電線路。別小看這一公里，需要用到的超導帶材遠遠不止這個數目。在沒有規模化生產的情況下，超導線帶材輸電的成本依然是傳統高壓輸電的數倍甚至數十倍。人們寄希望於新高溫超導材料的發現、現有工藝的改進、成本的降低和規模化的需求，未來十幾年內，將會有越來越多高溫超導電力實際應用出現，但是完全替代現有傳統金屬電力裝置，仍需要時間。