超導輸電在日本將進入實用化階段

編按:

《日經》報導,輸電損耗幾乎為零的「超導輸電」在日本將進入實用化階段。疫情加速數化位使用,輸電損耗成為世界各國面臨的課題,日本在材料方面具有相當優勢,值得台灣產業發展參考與觀察。

輸電損耗幾乎為零的「超導輸電」在日本將進入實用化階段。日本JR係研究機構開發出成本大幅降低的全球最長級別輸電線路,鐵道企業已經開始探討採用。中國和歐洲也在進行同樣的研究。如果能減少輸電損耗、提高能源利用效率,將有助於應對全球變暖。

輸電損耗主要是電線電阻使電能轉化成熱能而引起。如果對輸電電線進行冷卻使其處於超導狀態,由於電阻幾乎為零,就可以使損耗接近於零。

但這樣存在成本問題。要達到超導狀態,以往需要冷卻到攝氏零下269度,如今開發出在零下196度也能實現超導的材料,使得冷卻劑可以從昂貴的液氦改換成每公斤數百日元的液氮,後者價格不到前者的十分之一。由於在超導輸電線路中佔到相當一部分的冷卻成本大幅下降,因此接近了實用化。

JR係的鐵道綜合技術研究所開發出以覆蓋輸電電線的形式讓液氮流動,從而高效冷卻電線的技術。已在宮崎縣布設世界上最長級別的實用水平的輸電線路,開始實證試驗。將按鐵路運輸所需的1500伏電壓,使數百安培的電流通過。輸電電線的部分製造工作委託給了三井金屬工程公司。

與普通輸電方式相比,儘管冷卻成本很高,但鐵道綜合技術研究所指出「只要能把一根輸電電線的距離提高到1公里以上,就可利用現有設備,使輸電損耗減少帶來的好處大於花費的成本」。據説已有多家鐵道企業有興趣採用。如果得以採用,將成為世界上首次把超導輸電實用化。

超導輸電還有望應用到風力發電等可再生能源領域。並有可能推廣到電力企業和通信企業等。

超導輸電的電壓不容易下降,因此還有一個好處,就是可以減少用於維持電壓的變電站。在城市地區每隔3公里就要設置一個變電站,每個變電站每年需要約2000萬日元的維護費用。

鐵道綜合技術研究所還致力開發更長的超導輸電路線,如果實現,將進一步提高成本競爭力。

根據日本能源經濟研究所的統計,日本國內存在約4%的輸電損耗。日本全國鐵道企業用於電車行駛的電力每年約170億千瓦時。簡單計算的話,4%的輸電損耗就是7億度千瓦時,相當日本普通家庭約16萬戶的用電量。

輸電損耗也是世界各國面臨的課題。印度的輸電損耗佔到總電力的17%。中國國有輸電企業國家電網2021年11月在上海市設置了1.2公里的超導輸電線路。德國則是在經濟與氣候保護部的主導下,2020年秋開始「超級鏈」工程,在慕尼黑市的地下鋪設12公里的超導輸電線路。

昭和電線控股開展用於超導輸電的電線業務等,日本在材料方面具有優勢。JR東海的磁懸浮中央新幹線也在使用超導,可以讓鐵道綜合技術研究的技術基礎得以施展。

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