我国特高压要被取代了?室温超导一旦实现,输电技术或将被颠覆!

7月底以来,“室温超导”无疑是互联网上被搜索的高频词汇。吃惯了娱乐大瓜,一下子吃科技瓜,很多人还有些不适应。

虽然多数网民对它是一知半解甚至完全不解,但丝毫不妨碍大家360度无死角的对其展开围观和议论。从电力到磁悬浮再到核能领域,就差上升到为了爱与和平,让全世界抛弃刀兵甚至连国家都可以不必存在了。

实际上,关于室温超导研究,今年3月份美国罗彻斯特大学物理系的团队就曾宣称取得了突破。彼时,研究团队公开的成果是,可通过合成的新材料,实现在常温条件下的超导特性。

这跟7月底,韩国研究人员宣称的研究成果没有大的区别,只是所合成的新材料上存在一定差异。但为何3月份没有引爆舆论,那就不得而知了。

有意思的是,3月份研究成果刚出来,外界就已经有人在讨论,一旦常温超导从实验室走进现实应用领域,最先受到冲击的就是特高压输电技术

时至今日室温超导的话题被引爆,有关这两者之间关系的讨论数不胜数。网民确实是吃足了瓜,但实际上也都是多脸懵逼的状态。那么室温超导为何会跟特高压输电产生关联?前者真能将后者取而代之吗?

需要说明的是,本文不是纯粹的物理科普,而是根据现有的公开资料及信息,将两者的情况以及产生关联的前因后果尽可能多的展示出来。最后的结论,要每位读者自己去总结得出。

实验室里超导和常温联姻了吗?

“室温”和“超导”是两个概念,室温超导连在一起,又是一个新的概念。

首先你不用怀疑自己的理解能力,室温就是字面上的意思——可称之为房间里的温度。我们日常不开空调和风扇而感知到的温度就是室温。由于室温的定义不仅仅局限于房子内,所以又能称之为常温,抑或是一般温度。

科学界定义的室温通常为25摄氏度,不过在物理学上为了方便绝对温度的计算,室温又被定义为27摄氏度。说的直白一点,在物理学领域提到室温就知道说的是27摄氏度。

至于超导,可以理解为超级导电,是一种物理现象。正因为跟电有关,所以室温超导的话题被舆论引爆后,才会跟特高压输电扯上关系。

既然概念上有超级导电,那么就存在相对的普通导电。这两者的区别,可以简单理解为导电过程中的差异。电流传输通过的过程中,由于导电材料差异和距离的远近不同,所以便会产生大小不等的电阻,继而电能便会存在损耗,这是普通导电普遍存在的现象。

超导目前在实验领域,实现了零电阻和零耗损。最先发现这一现象的是物理学家昂内斯,这个荷兰人在20世纪初里有一天突发奇想,他把汞放置于零下269摄氏度的状态下,通电后发现电阻降低到了零。此后一个世纪里,物理学界已无数次进行过超低温状态下的导电实验了。

电阻虽然没了,但是绝对低温的前提限制了应用,所以超级导电这种现象,很长一段时间里,也就是物理学家在实验室里玩玩而已。正因为如此,当美国的物理学家率先喊出室温和超导可以产生关联的时候,才会引起科学界乃至大众的强烈关注。

外界最感兴趣的,便是他们在实验过程中使用的导电材料是什么。3月份罗彻斯特大学研究团队宣称的材料是,通过氢、氮、镥三类元素组成。到了7月份,韩国研究团队所用的材料,则被取名为“LK-99”。按照他们的说法,新材料是由铅、氧、硫、磷经过高温加热后形成的混合物。

所需的材料并不特殊,据说导电的过程又在实验中通过了,此前罗彻斯特大学的实验结果,还发表在了权威的《自然》杂志上。

正因为有权威科学期刊的背书,所以当几个月后韩国的研究人员也宣称有了突破,外界才会狂欢起来。毕竟,室温状态下能产生超导现象,首当其冲的便是电流在传输过程中不存在耗损了。

如此一来,舆论中的特高压输电技术就变得岌岌可危了。还在3月份罗彻斯特大学研究团队公布实验成果后,当时外界就有观点直言:特高压输电技术会被取代,目前的输电模式会被颠覆。

现实中特高压输电技术研究运用超30年

我国对特高压输电技术的研究,开始于上世纪八十年代,在此之前各个地区的电网是不联网的。

从东北到华北再到华中西北,几大区域内的电力运营都是独立的,不存在互通。甚至在西北的新疆,由于地域广阔,单单一个自治区内,也分了南北多个电网运营。

归根结底,第一是由于当时还没有远距离输送电力的技术。第二,八十年代之前,国内经济发展还没有步入快车道,电的使用量不大,原有的电力输送技术和电网独立运营模式,能够勉强维持局面。直到后来经济发展加快,用电量急速增加导致拉闸限电成了普遍现象,国家才正式研究规划电力远距离输送的可行性。

根据电的传导特性,距离越远耗损就越大,特高压输电技术,解决的就是在远距离输送过程中,电力耗损的问题。

简单来说,要达到特高压输电的要求,需要建立特高压变电站。在输送电力的过程中,交流电网要达到1000千伏及以上的能力,直流电网要达到800千伏及以上。所以从变电站到线路的构筑必须达到要求,才能完成电力的远距离输送。

相比于传统的高压线路,特高压线路难度大,建设成本高。但是,特高压线路的输电是常规高压线路的5倍,同时电能的耗损又能降到最低。所以技术上虽然相对较难,但是电力耗损以及输送成本降低了。

与此同时,我国的用电大户是东南沿海一带,西部地区的能源相对丰富,所以从能源利用的角度看,我国也有必要发展特高压输电技术。截至到2021年,我国已建成了31条特高压输电线路,国家电网的规划是,未来5年内再建设7条线路。也因此,国内的特高压输电技术已位居世界前列。

需要指出的是,相比于传统的电力输送,特高压输电只是尽可能降低了耗损,并不能做到完全止损。数据显示,我国2022年全年的发电量为29599亿千瓦时,而另一项数据又显示,我国每年的电力耗损已超过了1000亿千瓦时。

正是在这种情况下,当室温超导的消息引爆网络后,不少人才显得极度兴奋。毕竟未来靠新材料新技术,电力可以做到无损传输。甚至还有人认定,我国耗时费力研究特高压输电技术是得不偿失。事实果真如此吗?

是突破还是搞了个“大新闻”?

所有持有特高压输电技术将会死亡的论点,前提必须是室温超导的研究成果是真的。

在3月份罗彻斯特大学公布研究成果后,国内的科学界以及电网从业者,并没有去质疑研究的真假,而普遍都认为理论距离实际应用还有很远的路要走。

罗会仟,中科院物理研究所的研究员,在3月份的时候曾表示,颠覆性的技术不会马上出现,替代特高压输电技术就更是为时尚早了。

原因就在于,不管是技术本身还是新材料,运用到实际领域首先要考虑的是成本。而要全部替代现有的电网线路,成本要比现有的线路还要低才行。再加上现有的特高压输电技术已经相当成熟,短期内不可能被替代。

另外一个关键因素是,罗彻斯特大学研究团队此前的新研究显示,他们研发的新材料能实现超导的前提条件是,必须经过高压合成。根据此前公布的数据,研究团队使用了1万个大气压。

这是什么概念呢,人或者物体置身10万米的水深处,才能产生这么大的压强。目前在地球上,最深的马里亚纳海沟也才1万多米。当然在实验室的多种条件下,可以产生1万个大气压强。

但是一旦要实际应用,要大规模生产新材料,就得需要高压合成技术。这样的前提条件,跟此前超导需要在极低温度下才能实现的现象又有什么区别呢?所以罗会仟表示,这样的条件下生产室温超导材料,产量根本不够实际大规模应用。

等到了7月份,韩国研究团队的研究成果出来后,他们宣称新的材料不但是室温,而且也不需要高压合成。这样一来,似乎就解决了罗彻斯特大学研究团队此前的问题。

然而,根据北京大学研究团队8月8日公布的实验论文显示,按照韩国研究团队公布的方法,通过实验复现,发现LK-99材料没有产生超导性。

截至到8月9日,国内进行过相关实验的大学科研团队已经有6个,实验结果虽然有一定差异,可都没有发现新材料的超导性。东南大学的复现实验甚至显示,在零下163摄氏度的情况下,才发现LK-99材料的电阻接近于零。这样一来,跟此前在超低温情况下,才能出现超导现象的研究又有什么区别呢?

如果合成的新材料LK-99材料不存在超导性,那么讨论它能替代特高压输电技术就更没有意义了。当然,由于相关的研究才刚出来,时间上很短,未来还存在很多变数。

科研原本耗时耗力,即使研究过程中闪现过一丝曙光,但接下来有可能还会是无尽的黑暗。然而室温超导这件事经过互联网发酵,放大了不确定和不严谨,从科研的态度来看,这其实是不应该的。

值得一提的是,国内在超导领域的研究从未中断过,相关领域的专家表示,超导领域的相关技术即便取得突破,目前也代替不了特高压输电线路,倒是在用户的输电使用上,可以先取得突破。

还在2021年9月,南方电网在深圳就投入使用了新型材料的电缆。这些应用了超导技术的电缆,主要运用于城市的大厦中,输电能力远高于常规电缆线。

回到室温超导这个问题上,目前所有的研究都还处于实验阶段,任何关于实际应用讨论,不管是替代特高压输电技术,还是与之结合产生更高的传输效率,都还为时尚早。

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页面更新:2024-03-19

标签:超导   室温   技术   电网   新材料   团队   现象   线路   电力   我国   材料

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