世界正在向可再生能源转型。今年6月，欧盟就2030年可再生能源的32%目标达成一致。然而，太阳能和风能的多变特性将一直是个问题。基于高温超导体的技术能帮助我们实现可持续的能源生产吗?

 

自1911年超导材料被发现以来，我们一直在不断尝试利用这一迷人的特性。一百多年来，无损能源运输的思想一直在我们眼前闪现，但似乎总是无法把握。不幸的是，没有免费的午餐，超导体必须被冷却，通常是用液氦(-269°C)。尽管大只500登录中心技术部门可以通过重复的系统提供冗余，但“以防万一”提供一条重复的火车线路，以防第一个失败，这太昂贵了。那是在1986年发现高温超导体之前，只需要液氮(-196°C)，一种更便宜、更充足的冷却剂。

 

事实上，金属低温超导体(LTS，一种温度低于20k的超导体，用氦冷却)已经在某些领域以磁铁的形式使用了几十年。无损电流传输允许建造电磁铁，它可以产生强大的磁场，用于核磁共振和核磁共振设备，以及粒子加速器，如欧洲核子研究中心的大型强子对撞机。

 

那么高温超导体一直以来都藏在哪里呢?

 

与低温超导体不同，高温超导体(HTS)不容易被制成导线。例如，高温超导材料YBa2Cu3O7-x (YBCO)是脆性陶瓷，由于其大的晶体各向异性，需要高水平的晶粒排列。简单地说，这些材料只有在以近乎完美的晶体形式存在时才会输送大电流。那么，怎么可能把这种材料制成电线呢?

 

制造商已经找到了方法。在过去的十年里，世界各地有几家公司一直在生产高温超导导线。这项研究是在该大学化学系的基督教多普勒可持续SynGas化学实验室进行的。它由奥地利政府和奥地利石化公司OMV共同出资，大只500注册页面正在寻找使业务更可持续发展的方法。方法是将YBCO薄膜沉积在柔性金属带上。YBCO具有良好的双轴结构，或者晶体颗粒的排列，或者通过在磁带和高温超导管之间沉积纹理缓冲层，或者在用YBCO涂层之前对金属磁带进行热机械处理。

 

这些所谓的涂层导体可以在只有几微米厚的YBCO层中传输数千安培的电流——大约比人的头发细100倍。更重要的是，因为电线显示没有电阻，没有电阻加热，一旦他们被冷却，在操作过程中需要很少的冷却功率。对于我们需要非常大电流的应用，铜线变得太大，需要太多的冷却功率，这使得高温超导线成为一个非常有吸引力的选择。

 

高温超导导线目前在哪里使用?

 

能源是高温超导产生影响的主要领域之一。JET、Wendelstein 7-X等实验聚变反应堆，以及迄今为止最大、最雄心勃勃的聚变项目ITER，都使用了LTS技术。然而，高温超导体不仅使液氮冷却变得更便宜，而且，如果用氦冷却，可以产生比LTS大得多的磁场。最近，一家英国的小公司，托卡马克能源公司，已经开始把这付诸行动，目前正在开发更小规模的托卡马克聚变反应堆采用高温超导电磁铁。

 

风能也是高温超导电线开始发挥作用的领域。欧盟的一个项目EcoSwing目前正在丹麦建造世界上第一座超导风力涡轮机。这台以hts为基础的发电机刚刚在德国布雷默黑文的弗劳恩霍夫风能与能源系统技术研究所(Fraunhofer Institute for Wind Energy and Energy System Technology)通过了初步测试，计划在2018年底前安装在丹麦海岸一座运转良好的风力涡轮机上。发电机将减少40%的发电机重量，允许更大、更强大的风力涡轮机继续发展，而不需要将超过200吨的机舱吊到空中。

 

高温超导电缆的一个较发达的应用是电力传输电缆。通过在流动的液氮中包裹多层高温超导导线，超导电缆可以制成与现有的铜电缆直径相似的电缆，但它可以输送比现有电缆大几倍的电流。这些电缆的优点是更有效的能量传输，工作电压更低，因此更安全。在德国埃森，一根1公里长的高温超导电缆自2014年开始为大约1万户家庭提供电力。重要的是，超导电缆正被视为实现向可再生能源全面转型的关键技术之一。