最近,韩国超导事件上了热搜,引起了全球的关注,资本市场也跟风炒作了一番。
为什么一个小小的悬浮实验,就引起如此的轰动呢?因为它涉及的超导材料对我们整个社会都太重要了。如果能够找到常温超导体,很多行业将会被彻底颠覆,甚至爆发第四次工业革命。
韩国的超导试验所使用的材料为LK-99,是一种改性铅磷灰石晶体结构。
LK-99是一种掺杂铜的铅磷灰石,它的制备非常简单,不需要高压、真空、甚至不需要复杂的设备,只需要将含有铅、氧、硫和磷的元素的粉末状化合物混合在一起,然后在高温下加热数小时就可得到。
为此全球多个研究团队“手搓超导”,制备了LK-99,进行复现试验,希望可以找到超导的蛛丝马迹。
起初呢,大家对韩国的常温超导并不抱希望,甚至讽刺其学术造假。毕竟韩国在2015年、2017年、2020年爆发多次大规模学术造假问题。
但是随着美国劳伦斯伯克利国家实验室的一篇论文的发表,风向变了。
该实验室研究员西尼德·M·格里芬,提交了标题为《铜掺杂的铅磷灰石中相关孤立扁平带的起源》论文。
他们通过密度泛函理论(DFT)和GGA+U方法计算,得出了结果,认为LK-99存在可能的超导性能,同时具备高温超导体费米能级平坦带特征。
很多人开始盛赞LK-99,部分网友还不忘踩一脚我国的特高压输电技术。
甚至有网友表示:如果韩国的常温超导材料是真的,那么我国耗费巨资打造的特高压输电系统将会报废。
那么今天我们就来聊一聊韩国的常温超导,和我国的特高压输电技术。
中国特高压技术全球第一先说结果:美国、日本、俄罗斯没有攻克的特高压技术,已经被中国拿下了,并且做到了全球第一。
什么是特高压输电
特高压输电技术是指电压等级在500kV或750kV交流和±500kV直流之上的更高一级电压等级的输电技术,包括交流特高压输电技术和直流特高压输电技术两部分。
为什么要搞特高压输电呢?
我国是电能生产大国,同时也是电能消耗大国。2022年,我国的发电量高达91368亿千瓦时,全球占比31.33%,排在第一位,是美国的两倍。
但是这些发电资源分布极不平衡。国内2/3的水电分布在四川、云南、西藏;2/3的煤炭分布在山西、陕西、内蒙古。
电能需求大省又分布在广东、山东、江苏、浙江等沿海地区。
要想解决电能分配不均,促进全国经济发展,就必须要建设多条跨度高达2000—3000千米的输电线路,而常规输电又会造成极大的浪费,怎么办呢?研发特高压输电技术。
根据数据计算,1000kV特高压的传输效率是500kV超高压输电的效率高2.4倍—5倍,不仅大幅节约电能,还提高了输送的电能。
自主研发特高压技术
1986年,中国特高压开始立项研究,直到2009年1月才建成第一条长南荆特高压线路,历时23年。
这23年中,中国的科学家、工程师咬牙攻克了310项重大关键技术,其中就包括特高压变压器、换流器等核心设备。
变压器的主要功能就是转换电压,是高压输电系统的最关键设备。特高压变压器要解决的首要难题就是“绝缘性”。
如果说超高压,我们还能从美、日、俄罗斯手中“抄作业”,那么特高压我们只能自己研究,因为根本没有作业可抄,也没有先例可循。
我国的研发人员经过多年的研究试验,终于找出了一种特殊的绝缘纸,成功解决了绝缘难题,同时也降低了变压器的重量,从原来的7000吨降低到了350吨。
换流器的主要功能是进行交、直流电的转换,其中有个核心部件换流阀,它主要功能就是对换流器电压、电流功率的控制调节,当时我国不能生产,需要花费昂贵的成本进口。
不仅如此,海外的三家巨头还对我国实施技术封锁,现场操作和维修都不让我们的工程师接近。一旦接近,设备自动报警,并锁死。
我国科技人员根本咽不下这口气,经过无数个日夜奋战,终于成功攻克了这项技术,实现了换流器的国产化,而海外的三巨头,也逐渐退出了我国市场。
在23年时间内,国家电网牵头,上千名技术人员,不断的研发、试验,终于解决了变压器、换流器、绝缘、电磁控制、系统集成、电网运行等多个世界性难题,全面掌握了特高压输电核心技术。
中国的特高压输电电压可达到1300kV,这一技术远超美国、日本。2000千米远距离输电时,电能损耗下降至6%,高居全球第一。
此外,国家电网还制定了一系列配套技术、安全技术、操作规范,得到了国内外专家的一致认可。
如今,我国特高压设备专利申请量已经超过3.2万项,占全球比重超过41%。许多种高压、特高压技术的原始资料、论文都是汉语,美国技术人员要看的话,只能购买翻译后的资料。
截至2022年12月,我国共有43条特高压电网(15条交流、26条直流),线路长度4.8万千米,累计输送电量约为28346亿千瓦时。
韩国的超导技术对我国特高压有哪些影响?基本没影响!
针对韩国的常温超导材料LK-99,很多高校、科研机构做了复现试验,结果都无法证明它是超导材料:
北航:
7月31日,北航的研究人员提交了论文,称实验结果未发现LK-99的超导性。
LK-99无法检测到抗磁性、也未出现磁悬浮现象,从电性质来看更像半导体。
华中科技大学
华中科技大学成功合成可以磁悬浮的LK-99“室温超导晶体”,晶体存在弱抗磁性,没有所谓的“零阻”,整体表现就像是半导体曲线。
也就是说,LK-99就算具备超导相,也是微量的超导杂质,无法形成连续的超导通路。
东南大学:
起初没有复现出来,认为超导不存在,后来浮现了在110K时候出现超导现象,能够优化自己的实验过程,值得赞扬。
普林斯顿大学
团队在磁性和电阻测量中没有观察到超导迹象,理论计算结果则是铜的掺杂不稳定性,电子结构不利于超导,更利于磁性。
“实践是检验真理的唯一准绳”,尤其是在科技领域。不能仅靠计算、推理去验证一项事物的真实性、准确性。
众多高校、科研机构无法复现实验,也恰恰证明了韩国的室温超导真实性存疑,或者是造假。
人类研究超导已经100多年了,各种方法、各种实验、各种材料实验了无数次,始终无法攻破,韩国仅仅是简单的熔炼就能得到超导材料,他们能那么幸运吗?
我们退一万步来说,假如LK-99就是常温超导体,也很难影响我国的特高压输电。
一个新材料从发现到应用,需要很长的时间。
20世纪初人们发现了硅的半导体特性,十几年后的1917年,才制造出单晶硅,而半导体硅真正应用时间是1947年12月,这一年美国物理学家巴蒂恩发明了晶体管。
可以说硅的半导体特性从发现到应用,中间隔了40多年。纵使今年科技发展速度很快,超导从发现到应用也要二三十年吧!
再考虑到经济效益,几千公里的电线换成超导线,它的成本如果高居不下,恐怕没有哪个国家敢使用。
石墨烯就是一种非常先进的材料,导电性非常强,但是20年过去了,也没见到哪个公司用它制造成电线,为什么呢?因为价格太高了,甚至超过了黄金。
所以,作为一种新材料,即便未来超导体材料量产了,它的成本短时间内会非常高,让其输送电能,恐怕得不偿失。
所以,常温超导材料被发现后,几年内都是用在科研方面,不会有产品出现,而大规模使用在民生领域,恐怕要几十年后了。
所以,全方面看,即便超导材料真的研发成功了,对我国的特高压电网也不会有太大影响,至少未来三十年之内都不会有影响。
写到最后韩国常温超导一度炒的沸沸扬扬,但最终无法做到复现,热度开始降了下来。
实际上,即便韩国的LK-99真的是超导,它从发现到应用,再到全面使用,没有三十年时间是实现不了的。
而我国的特高压已经为我国的经济、民生服务了14年了,节约了上千亿的资金,而且现在依然在默默贡献着,其产生的经济效益早已远超预期。
如果未来三十年,超导面使用在电力电缆中,我国的超导也已经贡献了上万亿的经济效益,这些资金足够研发超导技术了。
我是科技铭程,欢迎共同讨论!