什麼是儲能技術
壓縮空氣儲能技術
高峰用電時，發電不足，但高峰過後，發電又過多。若能將高峰過後多餘的電能儲存起來，待到高峰用電時再作用，即可降低電廠設備投資及發電成本。美國在亞拉巴馬州的麥克英托會建成了美國第一座壓縮空氣蓄能電站。該電站投資6500萬美元，功率為10萬千瓦。這座電站在工作過程中，在非用電高峰期把空氣壓縮進入57萬立方米的地下岩洞；而在用電高峰時，在壓縮空氣中加入氣體或液體燃料，經過燃燒器產生的燃氣用來驅動氣輪機發電。該電站的運行時間，平均每天10小時，周末為35小時。在平時高峰用電期內，每天可提供100萬千瓦時的電力。儲存壓縮空氣的地下岩洞是泵入淡水使岩鹽層溶解後形成的。
高溫超導儲能飛輪研究取得新進展
日本的國際超導技術中心高級研究員村上說，當非超導元素分散在一種超導材料裏時，它們就“釘住”磁體的磁通量。這就是說，磁體能懸浮在這個超導體上麵。此外，由於這兩層之間有空氣，所以磁體能自由旋轉。這些特性有朝一日可使人們製造帶有接近於無摩擦軸承的裝置。村上和他的同事們認為，一種理想的應用場合可能是儲能係統。他們已研製出一種原型裝置，來顯示這種想法的可行性。這個原型裝置包括一個30公斤重的盤形旋轉體，是用鋁中嵌入鐵-釹-硼磁體製成，在一個靜止超導盤上方0.76厘米外飄浮。這個靜止超導圓盤裝有33個以釔為基礎的龐大超導體，由液氮冷卻。這兩個圓盤的直徑都是0.3米左右。研究人員和用一台小型電動機使這個磁體旋轉。為了收回能量，他們把旋轉的圓盤同一個由一台小型發電機和燈光組成裝置連接，類似自行車燈所用的那種裝置。飛輪儲存約100瓦時能量。 在美國，阿貢國立實驗所和設在康涅狄格州東哈特福德的聯合技術研究中心的研究人員一直在真空裏共同試驗一種類似裝置。他們報告說，一種超導磁性軸承的摩擦力大約隻是目前最好的磁性軸承的1/25。這些科學家聲稱，裝有這種軸承的飛輪的每小時損失的能量，將不到它儲存能量和1‰。這兩個研究小組都認為，這樣一種係統可用做應急電源。在正常情況下，利用電來使飛輪旋轉和用液氮冷卻。如果供電中斷，則儲存在飛輪裏的能量就可驅動發電機。據村上的研究小組計算，一個直徑3米的圓盤可儲存10千瓦時能量。從更大規模來說，這樣一種飛輪可能幫助供電公司平衡它們的電力需求。在用電量較少的時候，飛輪可把能量儲存起來，然後再發電來滿足用電高峰時的需要。研究人員認為，這樣一套係統可由安裝在地下隧道中的巨大環形裝置組成。日本東北電力公司和日立製作所研製成功用超導的能源貯藏裝置。這是世界上首次采用“熱函保護方式”的裝置，作為萬一超導狀態破壞的情況下的安全對策。裝置用液氦使線圈冷卻到-269℃，呈超導狀態。它在1千安培的電流通過的情況下，可蓄存100瓦燈泡使用約3小時的電能。美國正在準備建造一種巨型超導貯電裝置，該裝置造價10億美元，外形像汽車輪胎，可貯電500萬千瓦時。如果該裝置能夠建成，就可將夜間剩餘電能貯存起來，到白天用電高峰時，向電網供電。
巨型超導貯電裝置實際上是一塊巨大的電磁鐵，因此又稱這種貯電方法為超導磁鐵貯電法（SMES）。它的一個優點是可提供脈衝電能，可以在0.3秒的瞬間脈衝放電，普通發電機卻需要1.5分鍾。它的另一個優點是損耗較少，與其他貯能方法比較，抽水蓄能法隻能收回70%電能，而SMES則可以收回98%的電能。此外，這種超導磁鐵電能貯存法沒有活動部件，所以十分安全可靠。
為什麼說高溫超導材料應用將為節能開辟美好前景
高溫超導研究的接力棒越來越接近終點
任何良導體，在常溫下它的電阻都不是等於零的，因此當金屬導線通過大電流時，都會產生歐姆熱。通常高壓輸電線損失就要達到8%左右，而且由於導線發生歐姆熱，就限製了電機的功率。人類利用導體在溫度相當低的時候，如在-269℃的液氦溫度時，它的電阻幾乎降到零，要是能將溫度降在-273℃絕對溫度時，可以說所有金屬的電阻都等於零，這時就會出現許多奇妙的超導現象。那時，大電流通過導線時，就會通行無阻，而沒有任何發熱損失，這是求之不得的。人類最早於1911年在水銀上觀察到超導現象，從那時起，發現了6000多種元素、合金和化合物有超導性。四年前，科學家研究發現，在液氮溫度時（77K）發生超導的陶瓷材料，這改變了過去認為隻有金屬才有導電性的舊觀念。後來又發現了釔鋇銅氧化合物，超導轉變溫度高達93K；鉈鋇鈣銅氧化物，轉變溫度為125K。我國的高溫超導研究已經步入世界先進行列。
新的高溫超導體不像它們的前身那樣是有韌性的合金，而是易碎的陶瓷，是用金屬氧化物的混合物製成的，因而使用起來比較困難。多數金屬很容易被拉成絲，可是高溫超導體卻不能。用力拉，它們就斷。解決這問題的途徑之一是將高溫超導體弄成粉末，然後把它填充在一個銀管裏。銀是良好的導熱體，所以以超導體任何一部分開始變熱都能容易地把它的熱量散逸到周圍的液氮中。而且電不會從超導體滲漏入銀裏，因為電總是走電阻最小的電路。世界各地的公司都在研究製造這種粉末導線的方法，處在如何使最大的電流量流過最細的電纜競爭中。然而，日本、美國的研究人員在研製粉末導線方麵並未取得十分理想的結果，而是找到了一種比較獨創的方法，是誘使金屬氧化物蒸氣冷凝在準備好的表麵上，從而形成超導體薄膜。勞倫斯-伯克利實驗室的裏克-拉索和保羅-伯達爾已使用這項技術在金屬帶上生長精確地排列成行的晶體。他們一開始鋪一層鋯氧化物晶體，在它們上麵吹一種離子風，使他們都麵向同一方向。然手，他們使超導體（由鋇、釔和銅製成）沉積。密集排列的鋯氧化物晶體迫使超導體有序地結晶。目前，這種蒸氣沉積帶隻有幾厘米長，它們的用途看起來局限於小裝置。但是拉索博士和伯利爾博士製造的帶子能負巨大的電流：每平方厘米高達66萬安培。日本還在超導技術開發上取得了以下新成就：
①東北大學的渡邊助教與住友重機公司共同開發出不同液氮冷卻的超導磁鐵，有關指標達到世界最佳水平。該項電磁鐵以Nb3Sn超導體做線圈，置於真空中用氦氣做介質的冷凍機進行冷卻，用臨界溫度較高的鉍係氧化物超導體做導線，可通過500A的電流，同時臨界溫度還可在10～30K間進行控製，均屬世界首例。過去的超導電磁鐵，以Nb3Ti超導體做線圈，隻有浸在4K的液氦中冷卻才能達超導狀態，同時氧化物超導體亦需侵在液氦中冷卻，這樣既造成寶貴的液氦很快蒸發損失，而且通過大電流時，氧化物超導體的性能亦隨之劣化，從而難以實用化。過去亦曾有過不用液氦冷動的電磁鐵，但均未達到如此良好的指標。
②日立公司接受新能源產業技術綜合機構的委托，按照通產省工業技術院製訂的月光計劃中大型節能項目“超導電力應用技術開發”計劃的安排，開發成功交流用超導電線，其電流損失達到世界最低水平。電線以加錳的銅鎳合金為母材，超導電線使用液氦冷卻下的Nb3Ti合金。在直徑0.2毫米的斷麵上，中間為銅，由54個超導線六角塊以環狀均勻分布為一圈，外部為加錳的銅鎳合金，而每個六角塊又由85支直徑0.1微米的Nb3Ti超導細絲組成。經以50Hz的交流電做試驗時，交流電損失僅為3.3千瓦/米2，而小於25千瓦/米2，即為超導的作用。電流密度高達1200安/毫米2，為銅線最大允許電流的12倍。
美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室研製成功可通過大電流的帶狀高溫超導體可應用於許多重要領域。對這種帶狀超導體的檢驗結果表明，在外磁場為2特斯拉、溫度為2K條件下，一段較短的帶狀高溫超導體的臨界電流密度為9300安培/厘米2。目前，該實驗室已研製成長度為39米的帶狀高溫超導體。製作方法是：先將高溫超導粉末裝進一個銀製的管子裏；然後將管子拉長、弄平、加熱；最後將管子及管內的粉末一起熔成一條帶子。研究者指出，銀管可使超導體柔性大增，即使將超導體弄彎也不會破裂。該實驗室的研究人員用一段15米長的帶狀高溫超導體，製成了一個電磁線圈，它可產生200高斯的磁場。目前，研究人員正在改善這種帶狀超導體的超導特性。他們發現，當衝壓帶子時，會產生一縱向斷裂。將這種縱向斷裂的帶子卷起來時，會產生一橫向斷裂。他們還發現，經過衝壓的帶狀高溫超導體，也能運載大電流，其最大電流密度為4500安培/厘米2。但這種方法不適於較長的帶狀高溫超導體。
納入原月光計劃中的超導發電機等重大應用研究計劃包括以下內容：
①以日本青山學院大學理工學部的秋田教授為首的研究組發現了含硼的新超導材料，它在35K時電阻明顯下降，到30K時電阻呈零，同時還出現超導材料特有的近納斯效應。目前國際上發現含硼的超導材料還是首例，秋田教授擬進一步深入研究以發現臨界溫度較高的含硼超導材料，以便於實用化。新物質是由碳酸鍶、氧化銅和硼酸按一定配比混合後加壓製成直徑15毫米×3毫米的試樣，在空氣中以750℃經24小時燒結，再在加上少量二氧化碳的氧氣中以900℃進行20小時熱處理後而成。過去亦曾發現過一些含碳酸的超導材料，但像這次不加入氧化硼即不出現超導現象的還是首次，故秋田教授希望借此打開發現超導材料的新途徑。
②超導工學研究所和東京大學物性研究所發現149K時出現超導現象的新物質，比過去公開發表的130K提高了19K，這樣對實用化將非常有利。因為在液氮和液化天然氣等廉價原料的冷卻條件下即可達超導現象，則超導磁浮列車和超導貯電等重大應用工程都可以較便宜地實現。新物質是在氧化銅中加入汞、鈀和鈣而形成的。在此之前，瑞士聯邦大學奧托教授曾發表文章談發現臨界溫度為134K的汞係超導材料，這次的成分基本相同，隻是把這些混合物施以8.5萬大氣壓的壓力後便發現臨界溫度提高到149K。
③承擔月光計劃中超導發電機大型節能研究開發項目的超導電機設備、材料技術研究組宣布，原定1995年完成該項目的計劃將延遲至1998年完成。現在製造中的7萬千瓦發電機將延期到1996年在大阪關西電力火電廠內試運行，相應的20萬千瓦樣機的設計工作亦順延。延期的理由主要是機芯用铌鈦超導電線的三種繞線工作進度後延，加上電機回轉部分用非磁高強度構件的精密加工亦比原來預料的複雜，隻好從實際出發適當延遲。
日立研究所開發成功了高溫超導（在液氮溫度下實現超導）線材的加工方法，即在條帶狀的基材上生成超導體層的新方法。已利用此法製成長1米的鉈係線材。隻要將條帶狀基本加長，高溫超導線亦可相應加長。過去高溫超導體雖可在價廉的液氮條件下應用，但由於加工為線材困難，迄今仍難以實用，這將是應用技術上的突破。日立研究所是按新月光計劃的要求進行的，該法為先將鉈係超導材料成分的鈀、鈣、銅的粉末加熱成等離子狀態，然後使之層積於寬5毫米、厚0.1毫米銀帶上，接著暴露於鉈的氣氛中，這時鉈和基材積層上的原子作用形成0.1毫米厚的超導結晶。對於這些散亂的結晶，采用輥壓後使結晶取向改善。為提高結晶質量，再度暴露於鉈氣中，使鉈滲入結晶之間，並再度錕壓。日立研究所已按此法試製成1米長超導線材，在液氮溫度下，1平方厘米斷麵可通3900安的電