簡(jiǎn)要介紹和討論了低溫工程領(lǐng)域3個(gè)令人興奮的進(jìn)展。首先描述了提高電-燃?xì)廨啓C(jī)混合驅(qū)動(dòng)飛機(jī)性能的兩個(gè)機(jī)會(huì):采用超導(dǎo)電機(jī)或定子實(shí)現(xiàn)超過(guò)30 kW/kg的推重比,或者使用含液化天然氣的混合燃料。第二個(gè)機(jī)遇是氫燃料電池汽車(chē),扼要給出了氫燃料電池汽車(chē)在商業(yè)部門(mén)的快速發(fā)展情況,液氫的供應(yīng)和運(yùn)輸是氫燃料電池汽車(chē)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。最后探討了小型等離子體熱核反應(yīng)裝置的新興發(fā)展情況,等離子體熱核反應(yīng)將在未來(lái)10到15年成為人類(lèi)重要的清潔能源來(lái)源。由于小型等離子體熱核反應(yīng)裝置依賴(lài)于工作在超高磁場(chǎng)強(qiáng)度的高溫超導(dǎo)磁體,所以它將為低溫工程領(lǐng)域帶來(lái)一系列創(chuàng)新的機(jī)會(huì)。 

【文章來(lái)源】：低溫工程. 2020,(04)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

電力-燃?xì)廨啓C(jī)混合動(dòng)力飛機(jī)

利用氫來(lái)滿(mǎn)足世界日益增長(zhǎng)的能源需求以及將其用作運(yùn)輸燃料的想法并不新奇。2003年美國(guó)低溫工程大會(huì)為此專(zhuān)門(mén)安排一個(gè)議題討論了該話題[19]。在2011年美國(guó)低溫工程大會(huì)上,寶馬集團(tuán)Tobias Brunner的大會(huì)報(bào)告深入探討了用于汽車(chē)驅(qū)動(dòng)的低溫壓縮氫氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。意識(shí)到零排放汽車(chē)在環(huán)境方面具有巨大的優(yōu)勢(shì),寶馬早在1979年就開(kāi)始研發(fā)液氫燃料汽車(chē)。到2011年,汽車(chē)的設(shè)計(jì)已相對(duì)成熟,寶馬首選的燃料存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)合了38 K的低溫和30 MPa的高壓。在這種條件下,氫的密度為80 g/L,比液態(tài)下高27%,是室溫下壓力為70 MPa時(shí)氣體密度的兩倍。加油成本(以/km計(jì))計(jì)劃到2018年低于柴油動(dòng)力汽車(chē),但Brunner承認(rèn),氫加注相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的普及仍遙遙無(wú)期。在那之后,寶馬繼續(xù)進(jìn)行氫燃料汽車(chē)的開(kāi)發(fā)。在2018年夏天的美國(guó)低溫工程大會(huì)上,Plug Power首席執(zhí)行官Andy Marsh的大會(huì)報(bào)告指出,該公司目前每天消耗超過(guò)20噸液氫。該公司的主要產(chǎn)品燃料電池可將氫氣干凈環(huán)保地轉(zhuǎn)化為電能,并被沃爾瑪和亞馬遜等大型公司廣泛用于叉車(chē)中。公司正計(jì)劃將該技術(shù)整合到城市公交車(chē)、卡車(chē)、汽車(chē)、貨車(chē)、輪船和鐵路中。由技術(shù)領(lǐng)先的工業(yè)氣體公司建造的新的大型液態(tài)氫工廠將為液氫加注設(shè)施奠定基礎(chǔ)。然而,相關(guān)技術(shù)目前急需得到進(jìn)一步改進(jìn),包括:大量的小型液體分配點(diǎn)、液體泵的改進(jìn)、損失少的存儲(chǔ)容器和便宜的的分配器噴嘴。低溫工程領(lǐng)域在上述需求中的任何一項(xiàng)所做的貢獻(xiàn)都是受到歡迎的和有價(jià)值的。

盡管自1960年代以來(lái)聚變領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)步,其速度甚至超過(guò)了摩爾定律對(duì)計(jì)算機(jī)芯片發(fā)展的推動(dòng)[20],但實(shí)用的聚變能源設(shè)備(一種固有的清潔能源)在未來(lái)50年內(nèi)依舊很難實(shí)現(xiàn)。然而,麻省理工學(xué)院與Commonwealth Fusion Systems公司(一家尋求聚變能源快速商業(yè)化的私人公司)合作發(fā)起的新研究[21]正在推進(jìn)相關(guān)技術(shù),有望在近期(10年)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)方法的關(guān)鍵是使用高磁場(chǎng),該磁場(chǎng)可以利用現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)高溫超導(dǎo)(HTS)線圈產(chǎn)生。文章指出,由于聚變能設(shè)備的能量增益和功率密度隨著場(chǎng)強(qiáng)(B)分別呈現(xiàn)三次方和四次方的變化關(guān)系,所以高溫超導(dǎo)磁體提供的高磁場(chǎng)可以顯著減小尺寸、降低成本和制造聚變能裝置的時(shí)間。在麻省理工學(xué)院小組設(shè)定的路線圖中,將首先使用基于REBCO的高溫超導(dǎo)帶材纏繞的高磁場(chǎng)磁體。然后,高溫超導(dǎo)線圈構(gòu)成了“最小可負(fù)擔(dān)的可靠緊湊型”(SPARC)聚變能源設(shè)備的基礎(chǔ)。當(dāng)?shù)入x子體上有12T的磁場(chǎng)時(shí),SPARC裝置的體積比ITER小70倍,并且能產(chǎn)生超過(guò)50 MW的功率。


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