rebco超导材料及各国超导产业发展

1/9REBCO超导材料及各国超导产业发展REBCO超导材料及各国超导产业发展1986年，高温超导体的发现，使得铋锶钙铜氧超导材料得到了深入的研究，并在多个超导样机与示范线中得以应用，但BSCCO材料本身的特性及原料成本限制了其大规模应用。由稀土、钡、铜、氧元素组成的第2代的高温超导材料，统写为REBCO，可以在较高的温度与磁场下使用，在性能上具有明显优势，同时随着工艺的成熟，成本也有望低于BSCCO，因而成为新的研究重点。稀土元素是一类元素的合称，包括元素钪、钇和镧系元素，共17种元素。因此，在REBCO化学式中，RE可被任一稀土元素替代，如钇、钆、钐等。YBCO是目前研究最多，并已成功实现商品化的第2代高温超导材料，带材是最主要的应用形式。不管RE被哪一种具体元素替代，REBCO超导带材的结构都包括基板、缓冲层、超导层和保护层。以YBCO高温超导带为例，对REBCO超导带材的结构作进一步的阐述。YBCO超导带材是在合金基板上沉积YBCO超导薄膜，基板材料一般为镍合金，如哈氏合金。超导层与基板之间具有缓冲层，缓冲层为YBCO的生长提供织构模板，有益于提高YBCO的载流能力。缓冲层又可细分为籽晶层、阻挡层及模板层。为了保护超导层，通常还需在YBCO2/9层上制备一层或多层保护层。真空沉积技术是制备缓冲层的主流方法，以离子束辅助沉积最为典型，溅射法、脉冲激光沉积法、蒸发法等常规真空制膜技术也可用于缓冲层的制备，常见的缓冲层材料有氧化铈、钇稳定氧化锆、钆锆氧化物、氧化镁等，具体见表113。超导层是实现超导性能的核心层，PLD及TFAMOD是目前最主要的制备方法。相比于PLD法，TFAMOD法更适合规模化制备REBCO超导薄膜，是当前重点发展方向之一4。保护层材料一般为导电导热性好且具有一定机械强度的金属材料，如银CU复合材料或NI合金等。一、REBCO生产厂商表257列出了国内外著名的REBCO超导带材生产产商、产品结构及制备方法。AMSC是生产超导带材的龙头企业。XX年以前，AMSC以一代BSCCO超导带材作为其核心产品；XX年后，AMSC将重点转移至YBCO带材，同时停止BSCCO超导带材的生产。迄今，AMSC生产的带材已在多条超导电缆中应用。美国SUPERPOWER公司可生产312MM宽度的超导带材。根据不同的用户需求，可分切至不同的厚度。与AMSC不同，SUPERPOWER公司采用电镀的方式为超导带材提供保护层，且可根据实际过流作用的需要调整镀层厚度。XX年，SUPERPOWER公司利用自制的YBCO带材绕制的磁场线圈，在、3/919T的背景磁场下得到了强磁场，创造了超导磁体的世界纪录。2016年，这一纪录更新为。本文由论文联盟HTTP/收集整理日本藤仓公司是生产REBCO超导带材的典型代表，同时也是IBAD技术的首创者。目前，藤仓公司已实现数百米级REBCO带材的制备能力，承担了日本多个国内国家科研项目。韩国SUNAM公司成立于XX年，其后发展迅猛，XX年开发了高温超导带材高速沉积实验系统，2016年建立了二代REBCO高温超导带材生厂线，2016年即实现了千米级REBCO超导带材的制备能力。随着REBCO超导带材制备技术的日趋成熟，已有多个以其为核心的超导电力装置得以示范运营，见表38，9。二、各国超导政策1013目前REBCO相关超导产品仍处于示范运行或样机状态，XX年以前，高温超导产品主要以BI系超导材料作为载体。XX年后，以REBCO超导带材为核心的超导产品逐渐开始出现。纵观国内外发展情况，REBCO超导带材生产厂家主要集中在美、日等国，其掌握核心技术的同时，发展速度迅猛，而我国在带材生产及相关示范产品的基础相对薄弱。4/91美国美国先后出台了电力系统超导计划、超导伙伴计划SPI、GRID030计划等超导相关政策，并于XX年和XX年分别发布了XX2016财年的超导电力系统项目计划与超导技术基础研究需求报告，从相关政策的数量与频繁程度，可以看出美国政府对超导技术的重视。美国总统奥巴马的“绿色能源新政”中更是提出要建设横跨4个时区以超导电网和智能电网为主的全国统一电网，可以接入包括风能、太阳能等在内的各种可再生能源，并能进行智能化管理，使整个动力系统发生变革，从而改善美国电力基础设施。在美国能源部的资助及相关政府部门的协调下，各公司、大学与科研院所展开了密集的合作，如美国南线公司、AMSC公司、SUPOWPOWER公司、ABB电力和配电公司、布鲁克海文国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、美国橡树岭国家实验室以及乔治亚输电公司等，都取得了丰硕的成果。SUPERPOWER与LANL公司合作，推动了IBAD法制备YBCO超导带材的发展；AMSC与ORNL合作，发明了RABITS技术，并成功批量制备商用YBCO带材。XX年7月20日，指标为/800A/320M的超导电缆在美国国家电网公司通电运行。320M超导电缆完全采用日本SEI公司的BI系超导带材，并由SEI公司负责制造。SUPERPOWER、英国氧气公司、美国国家电网等参与了项目5/9的实施。该项目得到了DOC与纽约州能源研发局的资助。随后，SEI利用SUPERPOWER提供的YBCO超导带材，制成了30M超导电缆，并与前期320M超导相连，于XX年1月通电运行。006年8月，由DOE资助、长岛能源管理局承办、AMSC主导、耐克森公司与法国液化公司参与的“LIPA”项目进入施工阶段。该条电缆长600M、电压等级138KV，额定传输电流，由并行排列的3条独立单相高温超导电缆组成。XX年4月22日，该条电缆成功并网，并为30万家庭供电；XX年，“LIPA”期项目启动，目标是将“LIPA”项目超导电缆的第二相更换为YBCO超导带材，该项目仍有DOE自助。2日本在超导材料及相关技术开发上，日本处于世界领先水平。在日本政府的支持下，“超导设备和带材工程研究协会”、“国际超导产业技术研究中心”、“新能源产业综合技术开发机构”等研究机构与协会相继成立，研究领域包括医疗、电力、交通与军事等众多领域。在日本，有很多大公司及科研机构如三菱、昭和、SEI、藤仓、九州大学、早稻田大学等从事超导技术的开发，且研发方向相互联系而侧重点又各有相同。表4列出了日本XXXX年度第2代高温超导带材研发国家计划的分工与开发内容情况。6/9在日本政府一系列举措下，在各公司、研究机构的积极参与下，日本在超导材料开发及应用方面已具有绝对优势。3韩国相比于日、美，韩国在超导技术研究领域起步较晚。2000年后，韩国政府加快了包括超导技术在内的高新技术的开发力度。2001年，韩国科技部成立了“超导应用技术中心”负责统筹协调“应用超导技术发展先进电力系统计划”，DAPAS计划中，韩国电力技术研究院是领导实施的独立机构，负责研究目标与实施计划的拟定、项目评审与超导技术的引进，具体承担单位包括首尔大学、韩国机械材料研究所、韩国原子能机构研究所等，研发方向包括超导电力设备、超导材料、超导通用技术。表5列出了XX年度，REBCO超导带材的研发机构与分工。在政府的大力扶持下，韩国SUNAM公司现已成为为数不多的有能力制备商用REBC超导带材的厂家之一。2016年，/50MVA/410M冷绝缘三相超导电缆在韩国利川变电站挂网。该项目由韩国知识经济部与韩国电力公司资助，LS电缆公司与KERI为主要参与单位，该条电缆采用的REBCO超导带材购自AMSC公司。4中国我国对超导技术也持续给予了政策支持。“九五”至7/9“十二五”期间，分别以“超导技术专项高温超导电缆”、“超导材料与技术专项”、“实用化超导材料制备与超导工程化示范应用技术”、“先进超导材料及其应用技术”为阶段目标，予以重点攻关。国家中长期科学和技术发展规划纲要中提出要发展新型高温超导材料及制备技术、超导电缆、超导电机、高效超导电力器件以及超导生物医学器件、高温超导滤波器、高温超导无损检测装置等灵敏探测器件等；2016年1月4日，国家工业和信息化部出台了新材料产业“十二五”发展规划，规划中提出发展高温超导千米长线、高温超导薄膜材料规模化制备技术，满足核磁共振成像、超导电缆、无线通信等需求；2016年3月27日，科学技术部印发智能电网重大科技产业化工程“十二五”专项规划中，提出要对超导材料产业进行布局；2016年7月9，国务院印发了“十二五”国家战略性新兴产业发展规划明确提出开展超导等共性基础材料研究和产业化，提高新材料工艺装备的保障能力。截至2016年，我国已有3条超导电缆并网运行、2台超导限流器挂网，实现了千米级BI系超导带材及百米级REBCO高温超导带材的制备，硕果累累。但必须认识到，我国第2代REBCO高温超导带材产业化上仍处于落后地位，暂无国产REBCO超导带材市售的报道。5其他国家8/9俄罗斯也将超导技术作为重点发展产业之一。2016年12月，俄政府向“俄罗斯国家原子能公司”下拨亿卢布经费，以发展“创新能源”项目框架下的“超导产业”。目前俄罗斯已建成一条200M超导电缆示范线，其他的基础研究也在开展之中。欧洲的很多国家也在从事超导技术的研究与开发工作，如英国剑桥大学、阿伯丁大学、丹麦技术大学与国家实验室、德国卡尔斯鲁尔技术研究院以及荷兰的莱顿大学，从事REBCO超导带材的研究单位主要集中在德国，欧盟的其它国家则以基础研究为主。为了促进超导材料及相关技术发展，欧洲先后实施了超导电性欧洲网计划与超导电力连接计划。2016年9月，德国RWE公司、KIT以及NEXANS启功了“AMPERCITYPROJECT”项目，拟用REBCO超导带材，建造一条10KV/1000M超导电缆，2016年3月该电缆在德国埃森市开始铺设，2016年底至2016年初完成调试，这是目前世界上利用REBCO制造的最长超导电缆。三、结语从世界各国