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電力科研試驗

日本公開進行了全球首例利用超導電纜的電氣列車行駛試驗

時間：2013-02-20

據OFweek節能網訊，位于東京都國分寺市的日本鐵道綜合技術研究所(鐵道綜研)于7月24日，公開進行了全球首例利用超導電纜的電氣列車行駛試驗。
　　超導指的是將特定金屬及化合物冷卻至超低溫狀態時電阻變為零的現象。超導電纜將利用該技術制造的線材收納于隔熱管等中制成。
　　通過在管內流動液體氮等制冷劑維持超導狀態，與使用普通銅線等的電纜相比，可大幅減少輸電時的電力損失。自1986年開發出可在較高溫度下達到超導狀態的"高溫超導體"以來，全球各國一直在推進研發的超導輸電終于即將成為現實。
　　在鐵道綜研內的實驗線路上公開實施的使用超導電纜的輸電試驗
　　申請了多項超導相關專利
　　鐵道綜研開發的超導電纜用于直流輸電，將高溫超導線材封入粗約10厘米的管中。零下196度的液體氮在其內部循環進行冷卻，使電阻降為零。
　　在進行超導輸電的情況下，為了使液體氮循環起來，一般會平行設置2條往返電纜，或者將管道制成環狀。不過，鐵道綜研從長距離用途及設置自由度考慮，進行了改進，采用多層結構管，使液體氮能夠在1根管中來回流動。
　　并且，還設想在鐵路上使用液體氮冷卻及循環系統，開發出了充分考慮到安全性的自主技術。鐵道綜研目前正在申請多項專利。
　　" 鐵道綜研研究開發推進室負責部長兼超導應用研究室室長富田優博士說?"超導電纜不僅可削減輸電損失，在有效利用再生能量方面也非常有效。"
　　在停止電氣列車時，將馬達用作發電機，把動能作為電力予以回收，這就是再生能量。
　　能量再生系統已完成實用化，可以將其產生的能量通過電線供應給其他電氣列車。但現有系統輸電線電阻較大，電力只能供應給附近的電氣列車。
　　不過，如果采用超導電纜，就原理而言，無論電氣列車位于何處，都能相互融通電力。整體電力削減效果有望達到5%左右。而且，通過實現向車輛供電的高效化及平均化，還有望削減及集中現在需每幾公里設置一處的變電站。
　　此次使用31米電纜進行了行駛試驗，將對獲取的數據進行驗證，并計劃秋季以后使用310米電纜實施更具實踐性的實證實驗。富田博士充滿信心地表示："我們還設想鋪設于實際的鐵路網上，在實用化方面將取得突破性進展。"預計完成實用化還需要5年左右的時間。
　　用于連接超導電纜和接觸網的單元
　　日本廠商占據優勢
　　超導輸電實用化已準備就緒，因此對于在超導電纜及線材開發領域引領全球的日本企業而言，也產生了巨大商機。
　　高溫超導體分為多個種類，例如，在使用稀有金屬鉍的超導體領域，住友電氣工業公司處于領先地位。另外，古河電氣工業公司和藤倉公司等日本其他電線廠商目前正在開發使用稀土釔的電纜。
　　在量產化和加長化技術領域，鉍類超導體處于領先地位，但據稱用銀量較少的釔類超導體在最終成本方面比較占優勢。
　　富田說："我們目前正在與日本多家廠商進行協商。由于特性各有不同，因此將根據場所及用途探討使用哪種線材適合"
　　易于實現"超導化"的鐵路網
　　超導輸電通過與直流輸電網相結合，將發揮其真正的價值。富田說："如果采用交流輸電，在原理上電阻不會為零。"
　　交流超導電纜的結構是在1根管中設置3根芯線。線材會相互影響，產生名為"交流損失"的電力損失。另一方面，直流則不會產生像交流一樣的損失。而且，僅需1根芯線的直流電纜可比交流電纜更細，冷卻成本較低，這也是其特點所在。
　　用于家庭等的現有供電網以交流供電為主。直流供電的缺點在于，連接時需要電力轉換設備。
　　目前，鐵路領域率先實現了直流化。據稱在日本全國現有鐵路線路(日本旅客鐵道公司及民間鐵道)電化區段中，約7成路線已經實現直流化，新建路線也基本采用直流系統。
　　如果能夠在安全性極為重要的鐵路領域確保可靠性，那么超導輸電的未來將充滿希望。可為節能做貢獻的超導輸電需求今后將在全球范圍內增大。超導輸電網也有可能成為日本遲遲不見進展的基礎設施出口的起爆劑。除了基本技術，在該領域處于領先的日本企業還應該積極確立鋪設和運用手法、取得相關專利等。