3.電能的儲藏
用電單位對電力網的總輸出功率的需求在時間上是不平衡的。一般來說,星期一是高峰,星期六、星期日及節假日和平常都有區別。即使在一天之內,如白天和夜晚,也是不穩定的。這種需求的波動使電力部門很傷腦筋,有時(如夜間)要白白扔掉很多電力,這就造成很大的浪費,其數量遠大於輸電線路上的損耗,據估計,高達總發電量的50%,即一半的能量將付之東流;有時(如白天)又難以提供充足的電力。最佳的解決辦法就是有一種儲存和調節手段,能夠將用電低穀期電站正常轉動發出的多餘電力儲存起來,移到用電高峰期再用。
然而,電力的直接儲藏非常困難。能量儲存和調節手段還有很多,其一是水泵水電儲存,方法是把用電低穀時多餘的電力用來驅動水泵,把低水位水庫的水抽到高水位水庫,用電高峰時再將高水位水庫的水放到低水位水庫,進行揚水發電,但這樣也隻能取得不超過50%的效率;其二是驅動氣體,儲存大量高壓氣體;另外一種方法就是利用大型蓄電池、電容器等儲能方案。這些方法都有很多局限和不便之處,例如,蓄電池的充電和放電時間都很長,難以在短時間之內釋放巨大的能量;電容器儲能密度低,而且漏電和損耗較大。
相比之下,超導儲能在技術上的魅力是難以抗拒的。
出於它可以得到高的電流密度和磁通密度,所以可以達到極高的能量密度,可以無損耗地貯存巨大的電能。另外,從經濟角度而言,它可調節高低負荷,其效率可達90%以上,還可以改進電力係統的穩定性和提高自動頻率控製,其優越性極為明顯。
美國已經設計出一種大型超導磁能存儲係統,采用NbTi 電纜和液氦冷卻,儲能環的半徑為750米,埋在地下洞穴內。可儲存5000兆瓦·小時的巨大電能(相當於4300噸TNT 炸藥爆炸時產生的能量),充放電的功率為1000兆瓦,轉換時間為幾分之一秒,其效率達到98%(2%的損失是由於銅線輸入輸出造成的,若計交直流轉換和製冷耗能,總效率為90%~95%)。
4.超導磁懸浮列車
目前在鐵路上奔馳的火車的動力已經由原來的蒸汽機車變為電氣機車,進而發展為高速列車,但其速度也隻能提高到每小時280~300千米。估計要想在速度上再有更大的提高就有相當的困難,因為列車的車輪與鐵軌之間的摩擦是無法消除的。此外,摩擦造成的噪音也使坐火車的人無法忍受。
人們幻想著列車的車輪與鐵軌之間能脫離接觸,這樣既能克服摩擦,又提高列車行駛速度,還能使人們舒舒服服地旅行,那該多好啊!因此,人們提出了氣墊和磁浮列車的設想。
所謂氣墊列車是指像氣墊船那樣,靠強大的氣流把列車懸浮在“鐵軌”上。實際上,氣墊列車要實現起來,困難是很大的。
磁浮列車則是利用邁斯納效應。邁斯納效應是指在磁場中,磁力線不能穿過超導體,而當超導體處於一塊永久磁鐵的上方時,超導體與磁鐵之間會產生排斥力,超導體就會懸浮在磁鐵的上方。
如果我們把列車和處在磁鐵上方的超導體固定在一起,那麼列車就會與超導體一起懸浮在磁鐵的上方,列車在動力作用下將可以懸浮地、無摩擦地高速前進。
那麼,這種列車是怎樣懸浮起來的呢?原來,在每節車廂的底部都安裝了超導磁體,在列車行進的路麵上則埋有許多閉合的鋁環。在超導磁體的線圈中通入電流就會產生很強的磁場。列車開動後,超導磁體相對於鋁環運動,在鋁環裏感應出一股很大的電流,並相應形成極強的磁場,超導體的完全抗磁性使車上的超導磁體受到地麵鋁環的向上托力,車速愈快,托力愈大。當車速大於150千米/小時,托力大於列車自重,就使列車浮起。