超导性是一种特殊的零电阻现象,被称作二十世纪最伟大的科学发现之一,而高温超导是指一些具有较其他超导物质相对较高的临界温度的物质在液态氮的环境下产生的超导现象,在电力能源、高端医疗、高速交通、大科学仪器、军工等领域有着广泛的应用前景。

2019年7月1日,中国有色金属工业科技成果评价办公室组织中国科学院院士赵忠贤(2016年国家最高科技奖获得者,我国唯一一个两次获得自然科学一等奖的专家)、桂卫华、中国工程院院士陈仙辉、及国内从事超导、低温、电机等高层次专业技术人员组成的成果评价专家委员会对联创光电(600363.SH)协同研制的兆瓦级超导磁体感应加热装置及该装置大口径传导式高温超导磁体系统进行了科技成果评价。成果评价专家委员会认为,该装置及系统各项技术性能指标处于国际领先水平,具有完全自主知识产权,且在设计、制造技术上自主可控。这标志着高温超导技术从实验室阶段正式进入到了实用阶段。

与传统工频炉相比 超导感应炉优势明显

超导感应加热技术是指通过超导磁体产生背景磁场,在加热区域建立直流气隙磁场,坯料旋转切割磁力线产生涡流被加热,从而实现高穿透深度、高能效、高加热均匀性、温度梯度可控的加热方式,可保证加热工件的高品质。与之相比,现有的交流感应加热技术存在透热深度小、加热均匀性不高、加热效率较低等局限性。

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(常规感应加热vs. 超导感应加热)

联创超导公司的超导感应加热器首台设备完整组装后,历经数月进行了大量模拟铝挤压现场工况的工艺验证,结果显示,与传统设备相比具有节能增效、温控精准、梯度加热、安全可靠的优势。具体表现如下:

首先,设备能源转换效率达80%以上,较传统热处理方式提升一倍以上,可以有效大幅降低金属加热成本;其次,该设备磁场强透热深度好,可以实现大口径金属工件表心同步加热,内外温度差较小,加工后的制成品各项性能指标更均匀;再次,加工产品可实现每米20-80℃梯度加热,能够有效提升材料性能;最后,较传统加热方式无明火不发热,可长时间稳定可靠运行。

假定2.5MW传统工频炉与1MW超导感应炉每小时加热节拍一致且产量相同,以每月产量3400吨,全年满负荷运行为例。经测算,超导感应炉吨耗电量仅为150度,比传统工频炉节约170度;年运营总成本约471万元,比传统工频炉节约447万元。在碳中和的大战略背景下,节能减排产生的经济效益更具有社会意义。

(高温超导感应加热炉与传统工频感应加热炉参数对照)

以金属加工为切入点 积极布局多场景应用

碳中和背景下,高能耗的钢铁、铁合金、电解铝、铝合金行业供给受到极大制约。以内蒙为例,为控制高耗能行业产能规模,自治区从2021年起,不再审批钢铁、铁合金、电解铝、焦炭、尿素、乙二醇、水泥等新增产能项目,确定2021年全区能耗双控目标为单位GDP能耗下降3%,能耗增量控制在500万吨标准煤左右,能耗总量增速控制在1.9%左右。受此影响,我国重要工业基地之一包头地区硅铁生产企业于3月5日全部停产一个月,涉及13家硅铁企业共计产能32万吨/年,预计影响硅铁产量2.43万吨/月,占全国硅铁产量4.6%。此外,内蒙古已全面取消水泥、电解铝等高能耗行业优待类电价,推动高能耗行业节能减排。总体来看,无法满足碳中和节能减排要求的工业企业将面临巨大的产能关停、成本上升压力,设备优化、升级,提高能源使用效率成为当务之急。

据统计,金属压延成型行业市场潜力巨大,仅国内铝挤压行业存量可替代大型加热设备已有超过4000台,折合产值约人民币600亿。公司以金属加工为切入点,在高温超导感应加热设备已经得到市场认可。根据报道,公司就高温超导设备已经与中铝集团、中国忠旺、西部超导等铝合金、钛合金加工大型国有企业深度接洽,目前已成功在南山铝业等企业试用,并已验证了产品良好的经济效益和节能效益。根据规划,江西联创超导现有生产车间可实现年产30—50台设备的产能,规划中的超导产业基地建成后逐步将形成年产200台磁体和超导感应加热设备的产能,从而成为国内超导领域规模最大的应用企业。

除金属加工外,高温超导在污水处理也具备技术优势。据GEP Research发布的《全球及中国工业废水处理行业发展报告》,2017年,中国工业废水处理行业市场规模约为885亿元、位居全球第二。预计2019-2022年中国工业废水处理行业市场容量将达到4000亿元。与庞大的市场规模相比,传统废水处理却面临着诸多问题,许多工业废水成分复杂,仍有一些技术问题没有完全解决。而高效、低耗的超导磁体污水分离技术和装备已成为工业废水处理发展趋势。另外,高温超导在磁选矿和单晶硅生长炉应用方面也具有高效率、低耗能等突出优势。

(中科院理化所超导磁分离污水处理系统样机)

公司表示,上半年随着联创超导正式进入商业化、实用化、产业化,公司将进一步优化产品质量,快速开拓重点客户,抓紧利用已有的技术优势,积极开展超导磁选矿仪器、超导污水处理装置、超导单晶硅生长炉等延伸场景的研发工作,同时盯紧可控核聚变、超导磁悬浮列车等前沿科技产业布局,保持在行业内的领先地位。