日本鐵道綜合技術(shù)研究所與古河電氣工業(yè)公司于2014年3月10日宣布，全球首次成功開發(fā)出了大型飛輪用高溫超導(dǎo)磁鐵，該磁鐵使用了古河電工子公司Super Power生產(chǎn)的釔類第二代高溫超導(dǎo)線材。新開發(fā)的磁鐵將嵌入大容量“超導(dǎo)飛輪蓄電裝置”中，并于2015年啟動與建設(shè)在山梨縣甲府市米倉山的百萬瓦（MW）級光伏電站相互連接的試驗。



新開發(fā)的用于高溫超導(dǎo)磁鐵的線圈（出處：鐵道綜合技術(shù)研究所）

此次的高溫超導(dǎo)磁鐵是日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的“安全低成本大規(guī)模蓄電系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)”項目的成果之一，由鐵道綜研、古河電工與Kubotec、Mirapro、山梨縣企業(yè)局共同研發(fā)。目前山梨縣正在建設(shè)1MW光伏電站，用于超導(dǎo)磁鐵與超導(dǎo)飛輪相結(jié)合的電網(wǎng)連接試驗，電站投入運行之后，將開始為實證試驗獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。



新一代飛輪蓄電系統(tǒng)示意圖（出處：鐵道綜合技術(shù)研究所）

飛輪蓄電系統(tǒng)”通過使用百萬瓦級光伏電站等的剩余電力驅(qū)動裝置內(nèi)部的大型圓盤（飛輪）旋轉(zhuǎn)來蓄電，陰天導(dǎo)致發(fā)電量減少時，可以發(fā)電來補(bǔ)充。這種系統(tǒng)可作為“電池”使用，目前已有將其用于鐵路系統(tǒng)的電力有效利用（再生失效措施）等用途的例子。

正在開發(fā)的新一代飛輪蓄電系統(tǒng)采用了鐵道綜研設(shè)計的由超導(dǎo)塊體和超導(dǎo)磁鐵組成的超導(dǎo)磁軸承。這種軸承通過以非接觸方式使旋轉(zhuǎn)的圓盤懸浮，讓軸承的摩擦損失減為零，從而提高了工作效率。另外，還具有使以前必須定期更換的軸承壽命達(dá)到半永久性的優(yōu)點。目前正在開發(fā)的超導(dǎo)磁軸承以1組軸承可使約4噸圓盤懸浮為目標(biāo)。

要讓如此大的重量懸浮，不僅要讓高強(qiáng)度超導(dǎo)磁鐵產(chǎn)生高磁場，還要提高冷卻溫度來有效利用磁場。因此，此次在超導(dǎo)磁鐵使用的線圈中采用了古河電工2012年收購的Super Power公司的第二代高溫超導(dǎo)線材，形成了采用中部電力開發(fā)的“鎧甲”線圈構(gòu)造、內(nèi)徑為120mm、外徑為260mm的雙餅線圈（將帶狀超導(dǎo)線切得很薄，像蛋糕卷一樣卷繞的兩枚一對扁平線圈）。

此次通過不使用液體氮的傳熱方式將該線圈冷卻，使其保持在51K（零下222℃），并確認(rèn)了110A工作電流時的通電情況和磁場，還成功實現(xiàn)了達(dá)到線材性能極限的163A通電。而且，此次還實施了與超導(dǎo)塊體結(jié)合在一起的試驗，證實懸浮力可以達(dá)到2噸以上，強(qiáng)度方面也沒有問題。據(jù)介紹，以前的第一代高溫超導(dǎo)線材要產(chǎn)生高磁場，必須冷卻至20K（零下253℃）以下，而第二代高溫超導(dǎo)線材可在50K（零下223℃）溫度下工作，這意味著在降低冷卻成本方面已經(jīng)有了眉目。今后將進(jìn)一步追加線圈，進(jìn)行實際規(guī)模的飛輪懸浮試驗。