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超导电缆技术有望用于电气列车

编辑:绍兴富唯电子科技有限公司   字号:
摘要:超导电缆技术有望用于电气列车
位于东京都国分寺市的日本铁道综合技术研究所(铁道综研)于7月24日,公开进行了全球首例利用超导电缆的电气列车行驶试验。

超导指的是将特定金属及化合物冷却至超低温状态时电阻变为零的现象。超导电缆将利用该技术制造的线材收纳于 隔热管等中制成。

通过在管内流动液体氮等制冷剂维持超导状态,与使用普通铜线等的电缆相比,可大幅减少输电时的电力损失。自1986年开发出可在较高温度下达到超导状态的“高温超导体”以来,全球各国一直在推进研发的超导输电终于即将成为现实。

在铁道综研内的实验线路上公开实施的使用超导电缆的输电试验

申请了多项超导相关专利

铁道综研开发的超导电缆用于直流输电,将高温超导线材封入粗约10厘米的管中。零下196度的液体氮在其内部循环进行冷却,使电阻降为零。

在进行超导输电的情况下,为了使液体氮循环起来,一般会平行设置2条往返电缆,或者将管道制成环状。不过,铁道综研从长距离用途及设置自由度考虑,进行了改进,采用多层结构管,使液体氮能够在1根管中来回流动。

并且,还设想在铁路上使用液体氮冷却及循环系统,开发出了充分考虑到安全性的自主技术。铁道综研目前正在申请多项专利。

铁道综研研究开发推进室负责部长兼超导应用研究室室长富田优博士说:“超导电缆不仅可削减输电损失,在有效利用再生能量方面也非常有效。”

在停止电气列车时,将马达用作发电机,把动能作为电力予以回收,这就是再生能量。

能量再生系统已完成实用化,可以将其产生的能量通过电线供应给其他电气列车。但现有系统输电线电阻较大,电力只能供应给附近的电气列车。

不过,如果采用超导电缆,就原理而言,无论电气列车位于何处,都能相互融通电力。整体电力削减效果有望达到5%左右。而且,通过实现向车辆供电的高效化及平均化,还有望削减及集中现在需每几公里设置一处的变电站。

此次使用31米电缆进行了行驶试验,将对获取的数据进行验证,并计划秋季以后使用310米电缆实施更具实践性的实证实验。富田博士充满信心地表示:“我们还设想铺设于实际的铁路网上,在实用化方面将取得突破性进展。”预计完成实用化还需要5年左右的时间。

铁道综研率领超导技术开发团队的富田博士。显示器上实时显示用于冷却的液体氮的温度等。

日本厂商占据优势

超导输电实用化已准备就绪,因此对于在超导电缆及线材开发领域引领全球的日本企业而言,也产生了巨大商机。

高温超导体分为多个种类,例如,在使用稀有金属铋的超导体领域,住友电气工业公司处于领先地位。另外,古河电气工业公司和藤仓公司等日本其他电线厂商目前正在开发使用稀土钇的电缆。

在量产化和加长化技术领域,铋类超导体处于领先地位,但据称用银量较少的钇类超导体在最终成本方面比较占优势。

富田说:“我们目前正在与日本多家厂商进行协商。由于特性各有不同,因此将根据场所及用途探讨使用哪种线材适合。”

易于实现“超导化”的铁路网

超导输电通过与直流输电网相结合,将发挥其真正的价值。富田说:“如果采用交流输电,在原理上电阻不会为零。”

交流超导电缆的结构是在1根管中设置3根芯线。线材会相互影响,产生名为“交流损失”的电力损失。另一方面,直流则不会产生像交流一样的损失。而且,仅需1根芯线的直流电缆可比交流电缆更细,冷却成本较低,这也是其特点所在。

用于家庭等的现有供电网以交流供电为主。直流供电的缺点在于,连接时需要电力转换设备。

目前,铁路领域率先实现了直流化。据称在日本全国现有铁路线路(日本旅客铁道公司及民间铁道)电化区段中,约7成路线已经实现直流化,新建路线也基本采用直流系统。

如果能够在安全性极为重要的铁路领域确保可靠性,那么超导输电的未来将充满希望。可为节能做贡献的超导输电需求今后将在全球范围内增大。超导输电网也有可能成为日本迟迟不见进展的基础设施出口的起爆剂。除了基本技术,在该领域处于领先的日本企业还应该积极确立铺设和运用手法、取得相关专利等。
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