导语
无线电等科学研究还没有真正发展起来的时候，人类就已经开始尝试利用电能解决工业和生活中的问题，随着工业科技的发展和城市化建设的不断推进，电力系统得到了急速的发展，并成为了现代城市运转不可或缺的一部分。
如今电力系统的功能不再局限于简单的发电和输电，而已演化为包含发电、输电和用电三大部分的庞大系统，其中输电系统是整个电力系统的「毛细血管」，其传输效率和稳定性直接影响到整个系统的运转效率和安全性。
而如今美国的麻省理工初创公司VEIR近日宣布已经开发出一种利用超导电缆和冷却系统的输电技术，这种技术比传统输电线路提高了5到10倍的电力传输容量，甚至达到了每千米传输高达400兆瓦的超高容量。
这一突破之后，美国的超导输电技术能否傲视全球，甚至重新定义未来的能源分配方向?
那么这套技术到底有哪些能力，让我们来一探究竟!
传统输电线路的限制。
作为现代城市的基本配套设施，电力系统的稳定性和安全性一直是社会政府和科学家们为之不断提高的目标，其稳定性主要有两大方面，一方面是电压的稳定，另一方面则是电能传输的稳定，传统的输电线路本质上就是把电流直接从发电厂输送到用电设备，这在第一眼看来似乎没有什么大问题。
但在实际的应用中，由于输电线路比较长，接触面积小工作环境变化等因素，线路中的电流密度和电磁场分布并不是处于一个比较理想的状态，这都会造成能量损失。
而由于大自然中能量总是守恒的，输送中产生的能量损耗也就意味着发电机中需要消耗更多的原始能量才能够保证最终到达用电设备的能量不变。
当然为了尽可能降低能量损耗，人类在这方面进行了很多方面的探索工作，最终形成的输电线路就是如今看到的样子，高电压低电流。
为了将电压达到千伏、万伏，人类在输电线路中途加装了变电设备，而为了实现在线路上不断加装和拆卸，就选用了三相交流电路，通过变压器的相互作用将电压高低进行转换。
这样的设计虽然比起直流电路更为复杂，但也大大降低了因为线路损耗带来的能量损耗，因此基本上成为了全世界主干电力系统的首选，但自然界有时并不是人类所想象的那般简单，当电流流动到一定程度后还是会受到一些自然条件的影响。
在高纬度的地区，特别是靠近两极的地区，地磁线的作用就尤为明显，这会对传统输电线路产生一定的影响。
此外，随着城市化和工业化的加快，线路的输电量也随之提高，这就要求线路的稳定性和安全性更高，但是要在有限的地下管道资源中铺设足够的输电线路却并不是一件容易的事情，因此与其依赖传统线路进行改进，我们不妨考虑基于现有技术进行一些尝试。
超导输电线路的优劣。
在各种材料中，超导体可谓是一个小众但饱含着巨大能量的一类材料，它可以让电子在没有任何阻力的情况下在材料中自由移动，这意味着以超导体为导线制成的电缆可以在不加任何能量的情况下方源源不断地传输电能。
但事实上很多人都认为这是不可能实现的，因为所有的超导体在达到一定的温度后就会失去超导性，最早作为超导体的铅和汞甚至要降温到几开尔文以下才能够发挥出这一特性。
那么在这样的条件下，人类如何才能够利用超导体这一优势呢?
这就要回到1986年，当时研究超导材料的两名科学家相继发现，当低温高温这两个条件同一时间具备时，某些氧化物将表现出超导性，而且最初的这种超导体就是由钇钡铜氧化物组成的。
这一重大突破直接将超导体应用温度提升了94开尔文左右，相较于之前超低温的条件，这可以说是离室温极近了一步。
可这是2001年，人们终于在这种低温高温超导体中查找到了一种超导带材料，这一次这种氧化物由镧系元素组成，而这个物质不仅不同于之前的材料，而且还可以在低至77开尔文的温度下发挥超导性。
从而近年来人们才开始在这两种刚性超导带中研究使用超导输电线路，这也为超导输电技术提供了可能。
在这两种超导体的基础上，人类已经开始研究可以实用的超导缆线，在这方面也取得了令人鼓舞的成绩。
其中较为容易实用的是稀土金属-镧系铜氧化物材料，其接触空气的耐腐蚀性要更好一些。
而目前的高温超导体主要有三种类型，一种是超导带，这种材料表现出非常高的超导转变温度，另一种是堆垛线，这种材料则是通过多层金属氧化物叠加而成的，这种材料虽然不如超导带便于使用，但它的转变温度则是目前公认的最高，最后一种则是超导薄膜，这种材料相对来说比较常见，也是比较容易处理的一种。
目前的超导缆线主要是由高温超导铜氧物超导材料组成的，它的发现极大地改变了科学家们对超导体的认识，比起传统的低温超导材料，它可以在更高的温度下工作，而这也为超导输电技术的实现提供了可能。
并且这种超导材料在加热时几乎没有电阻，这意味着可以在电缆中输送电流，并且在电流通过时也将不会产生热量，这就使其在电力系统中的应用前景非常广阔。
要制造超导电缆还有一个比较困难的问题那就是金属部分和超导体的结合，目前市面上已经有两种类型的超导电缆了，一种是镁锂铝石墨(MgB2)，它是由超导薄膜和MgB2基带组成的，在低温环境下工作，这样的超导电缆价格低，性能好，适用于小功率设备。
MgB2超导材料比较容易获得，而钇钡铜氧化物超导带的制造成本较高，这就是它的主要的一个缺点。
超导带由于其较高的传输能力，使其在大功率传输设备中具有重要意义，而作为超导电缆的关键组成材料，其价格同样较高，这也使其不太适合于小型设备的应用。
在这其中，高温超导带所占的成本非常之高，更为可喜的是，随着我国科研工作的不断推进，我国已经可以在国内生产这种高温超导带了。
而在美国，麻省理工初创公司VEIR研发的第一代氮气冷却系统在电缆中使用的钇钡铜氧化物超导带都具备较为出色的性能，无论是自由束流还是背景磁场，都不会影响其超导性，相较于低温冷却技术，氮气冷却系统简化了技术结构，减轻了导线的重量，并且减少了系统的总体成本。
其通过分布式蒸发可以发挥出20倍左右的冷却功率。
这些都为大规模商用提供了更好的前景。
除此之外，它还拥有优异的自冷能力，可以实现在液氮环境下零电阻零电流传输，这也意味着在电流通过时不会产生热量，从而减少了传输损耗，同时它还可以在低磁化水平下工作，这使得其更适合在各种高磁场环境下使用。
那么麻省理工初创公司VEIR研发的这种技术又是如何实现的呢?
VEIR的氮气冷却系统。
高温超导带在输电领域中的应用离不开冷却技术的支持，而目前主流的冷却技术主要有两种，一种是低温制冷技术，比如液氦制冷设备，而另一种则是高温冷却技术，比如冷却风扇。
液氦制冷设备具有极大的冷却功率，可以满足超导体的要求，但是其制冷成本极高，对于长距离的变电站而言，更是十分不划算。
而冷却风扇虽然制冷成本比液氦制冷设备要低，但是其制冷功率也非常有限，对于现有的超导体来说，其制冷效果并不明显。
VEIR公司研发的氮气冷却系统，不仅具有液氮制冷设备的制冷功率，而且制冷成本要远远低于液氦制冷设备，其制冷功率更是直逼液氦制冷设备的20倍。
冷却设备的制冷功率是决定高温超导体输电能力的关键因素，它可以降低超导体的温度，从而提高超导体的临界电流密度。
而超导体的临界电流密度和其它方面的参数则是决定超导体输电能力的关键因素，比如传统超导体在77开尔文下的临界电流密度约为2.3千安/平方厘米，而采用液氮制冷设备的高温超导体则可提高到150千安/平方厘米。
而采用VEIR公司的氮气冷却系统，超过200千安/平方厘米的临界电流密度则可轻松实现。
除此之外，VEIR公司研发的氮气冷却系统还具有分布式蒸发的特点。
传统的液氮制冷设备需要大规模集中供氮设备，这不仅增加了系统的复杂性，还会增加传输能力，但是VEIR公司的氮气冷却系统则不需要集中供氮设备。
每一公里的超导线路只需一个小型的供氮设备即可轻松实现氮气的供应，这不仅降低了系统的复杂性，还减轻了超导线路的重量，同时也降低了系统的总体成本。
再加上该技术具有自冷能力的特点，更进一步降低了冷却成本，这将让人们更加有信心将超导输电技术用于实际应用。
结语
十几年的发展壮大，我们终于迎来了这样的一条好消息，而在未来的应用过程中，人们自然希望它不仅在电力领域取得重大突破，还能够为核聚变、飞行器、医疗设备等领域带来更多的革命性发展。
除此之外，VEIR公司所研发的氮气冷却系统，也可能会对其它领域的冷却技术产生影响，或许会促使更多行业采用类似的简化和高效冷却系统。
正是有了这样一项超前的技术研究和开发，才会不断推动人类社会的进步与发展，相信未来不久的将来，我们的生活和工作方式一定会更加便捷，安全和环保。
