低温工程领域的新机遇
发布时间：2022-01-03 22:42
简要介绍和讨论了低温工程领域3个令人兴奋的进展。首先描述了提高电-燃气轮机混合驱动飞机性能的两个机会:采用超导电机或定子实现超过30 kW/kg的推重比,或者使用含液化天然气的混合燃料。第二个机遇是氢燃料电池汽车,扼要给出了氢燃料电池汽车在商业部门的快速发展情况,液氢的供应和运输是氢燃料电池汽车相关基础设施的重要组成部分。最后探讨了小型等离子体热核反应装置的新兴发展情况,等离子体热核反应将在未来10到15年成为人类重要的清洁能源来源。由于小型等离子体热核反应装置依赖于工作在超高磁场强度的高温超导磁体,所以它将为低温工程领域带来一系列创新的机会。
【文章来源】：低温工程. 2020,(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
电力-燃气轮机混合动力飞机
利用氢来满足世界日益增长的能源需求以及将其用作运输燃料的想法并不新奇。2003年美国低温工程大会为此专门安排一个议题讨论了该话题[19]。在2011年美国低温工程大会上,宝马集团Tobias Brunner的大会报告深入探讨了用于汽车驱动的低温压缩氢气系统的设计。意识到零排放汽车在环境方面具有巨大的优势,宝马早在1979年就开始研发液氢燃料汽车。到2011年,汽车的设计已相对成熟,宝马首选的燃料存储系统结合了38 K的低温和30 MPa的高压。在这种条件下,氢的密度为80 g/L,比液态下高27%,是室温下压力为70 MPa时气体密度的两倍。加油成本(以/km计)计划到2018年低于柴油动力汽车,但Brunner承认,氢加注相关基础设施的普及仍遥遥无期。在那之后,宝马继续进行氢燃料汽车的开发。在2018年夏天的美国低温工程大会上,Plug Power首席执行官Andy Marsh的大会报告指出,该公司目前每天消耗超过20吨液氢。该公司的主要产品燃料电池可将氢气干净环保地转化为电能,并被沃尔玛和亚马逊等大型公司广泛用于叉车中。公司正计划将该技术整合到城市公交车、卡车、汽车、货车、轮船和铁路中。由技术领先的工业气体公司建造的新的大型液态氢工厂将为液氢加注设施奠定基础。然而,相关技术目前急需得到进一步改进,包括:大量的小型液体分配点、液体泵的改进、损失少的存储容器和便宜的的分配器喷嘴。低温工程领域在上述需求中的任何一项所做的贡献都是受到欢迎的和有价值的。
尽管自1960年代以来聚变领域取得了巨大进步,其速度甚至超过了摩尔定律对计算机芯片发展的推动[20],但实用的聚变能源设备(一种固有的清洁能源)在未来50年内依旧很难实现。然而,麻省理工学院与Commonwealth Fusion Systems公司(一家寻求聚变能源快速商业化的私人公司)合作发起的新研究[21]正在推进相关技术,有望在近期(10年)内实现。这个方法的关键是使用高磁场,该磁场可以利用现有技术通过高温超导(HTS)线圈产生。文章指出,由于聚变能设备的能量增益和功率密度随着场强(B)分别呈现三次方和四次方的变化关系,所以高温超导磁体提供的高磁场可以显著减小尺寸、降低成本和制造聚变能装置的时间。在麻省理工学院小组设定的路线图中,将首先使用基于REBCO的高温超导带材缠绕的高磁场磁体。然后,高温超导线圈构成了“最小可负担的可靠紧凑型”(SPARC)聚变能源设备的基础。当等离子体上有12T的磁场时,SPARC装置的体积比ITER小70倍,并且能产生超过50 MW的功率。
本文编号：3567114
【文章来源】：低温工程. 2020,(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
电力-燃气轮机混合动力飞机
利用氢来满足世界日益增长的能源需求以及将其用作运输燃料的想法并不新奇。2003年美国低温工程大会为此专门安排一个议题讨论了该话题[19]。在2011年美国低温工程大会上,宝马集团Tobias Brunner的大会报告深入探讨了用于汽车驱动的低温压缩氢气系统的设计。意识到零排放汽车在环境方面具有巨大的优势,宝马早在1979年就开始研发液氢燃料汽车。到2011年,汽车的设计已相对成熟,宝马首选的燃料存储系统结合了38 K的低温和30 MPa的高压。在这种条件下,氢的密度为80 g/L,比液态下高27%,是室温下压力为70 MPa时气体密度的两倍。加油成本(以/km计)计划到2018年低于柴油动力汽车,但Brunner承认,氢加注相关基础设施的普及仍遥遥无期。在那之后,宝马继续进行氢燃料汽车的开发。在2018年夏天的美国低温工程大会上,Plug Power首席执行官Andy Marsh的大会报告指出,该公司目前每天消耗超过20吨液氢。该公司的主要产品燃料电池可将氢气干净环保地转化为电能,并被沃尔玛和亚马逊等大型公司广泛用于叉车中。公司正计划将该技术整合到城市公交车、卡车、汽车、货车、轮船和铁路中。由技术领先的工业气体公司建造的新的大型液态氢工厂将为液氢加注设施奠定基础。然而,相关技术目前急需得到进一步改进,包括:大量的小型液体分配点、液体泵的改进、损失少的存储容器和便宜的的分配器喷嘴。低温工程领域在上述需求中的任何一项所做的贡献都是受到欢迎的和有价值的。
尽管自1960年代以来聚变领域取得了巨大进步,其速度甚至超过了摩尔定律对计算机芯片发展的推动[20],但实用的聚变能源设备(一种固有的清洁能源)在未来50年内依旧很难实现。然而,麻省理工学院与Commonwealth Fusion Systems公司(一家寻求聚变能源快速商业化的私人公司)合作发起的新研究[21]正在推进相关技术,有望在近期(10年)内实现。这个方法的关键是使用高磁场,该磁场可以利用现有技术通过高温超导(HTS)线圈产生。文章指出,由于聚变能设备的能量增益和功率密度随着场强(B)分别呈现三次方和四次方的变化关系,所以高温超导磁体提供的高磁场可以显著减小尺寸、降低成本和制造聚变能装置的时间。在麻省理工学院小组设定的路线图中,将首先使用基于REBCO的高温超导带材缠绕的高磁场磁体。然后,高温超导线圈构成了“最小可负担的可靠紧凑型”(SPARC)聚变能源设备的基础。当等离子体上有12T的磁场时,SPARC装置的体积比ITER小70倍,并且能产生超过50 MW的功率。
本文编号：3567114
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