Supraledande hybridsystem för energitransport och -lagring och dess förväntade påverkan på en hållbar energiframtid

Varför denna framtida energidé är viktig

När en större del av vår el kommer från vind- och solkraft blir det svårare att hålla ljusen tända. Sol och vind sammanfaller inte alltid med när och var människor behöver energi, och dagens kraftledningar och lagringssystem är inte byggda för denna nya verklighet. Den här artikeln utforskar ett djärvt förslag för att flytta och lagra stora mängder ren energi med en enda högteknologisk ledning som bär både elektricitet och flytande vätgas, med målet att hjälpa länder att gå mot en helt förnybar, lågkoldioxidframtid.

Dagens pussel för ren energi

Kina, liksom många stora länder, har omfattande områden rika på vind och sol som ligger långt från storstäder där det mesta av elen används. Verkliga data från samtliga 31 fastlandsprovinser under första halvåret 2024 visar en tydlig missanpassning: vissa provinser, som Neimenggu och Yunnan, producerar långt mer el än de förbrukar, medan kust- och industriregioner som Jiangsu, Zhejiang och Guangdong är starkt beroende av importerad energi. När Kina planerar att öka vind- och solproduktionen upp till sex gånger till 2060 och kraftigt minska användningen av fossila bränslen förväntas dessa klyftor växa. Traditionella långdistansförbindelser kan hjälpa, men de förlorar energi under överföring och möter kostnads-, markanvändnings- och planeringshinder.

En ny typ av energimotorväg

Forskarna föreslår ett "hybridenergisystem" byggt kring supraledande kablar kylda av flytande vätgas. Supraledare kan leda elektricitet med nästan ingen resistans, medan flytande vätgas kan fungera både som energibränsle och som kylmedel som håller kabeln kall. I denna konstruktion förser överskottsel från vind och sol först hushåll och företag. Extra energi används sedan för att spjälka vatten och producera vätgas, som kyls till flytande form och pumpas genom samma nedgrävda ledning som rymmer den supraledande kabeln. I praktiken blir ledningen en energimotorväg som levererar elektricitet och lagrad vätgas tillsammans från resursrika regioner till avlägsna efterfrågecentra.

En verklighetsnära provkörning på en ö

För att visa hur detta skulle fungera i praktiken modellerade teamet ett fallstudie på Chongmingön nära Shanghai, en kustområde med starka vind- och solresurser. De designade en ring av energinoder kopplade med hybridenergiledningar, placerade 10 kilometer åt gången och utrustade med kylningsstationer. I den simulerade dagen levererar vindkraft under tidiga och sena timmar, solkraft dominerar kring middagstid, och det kombinerade systemet håller ett stabilt flöde om 42 megawatt till lokala användare. Överskottsel omvandlas till mer än 13 000 kilogram flytande vätgas, som kyler de supraledande kablarna och fungerar som en stor energireserv som kan användas senare när vinden avtar eller solen går ner.

Kapacitet, förluster och kostnader

Teknisk analys visar att en enda supraledande kabel i denna lösning kan överföra upp till 100 megawatt, ungefär dubbelt så mycket som en jämförbar konventionell ledning, medan flödet av flytande vätgas kan nå flera gånger grundnivån genom måttliga justeringar av rörstorlek och flödeshastighet. Vid måttliga effektnivåer och avstånd kring 100 kilometer har traditionella högspänningsledningar fortfarande lägre energiförluster och billigare initialkostnad. Men när kapaciteten skalar upp mot hundratals megawatt blir den nästan förlustfria kabeln mer attraktiv: för en länk på 500 megawatt är hybridledningens förluster mindre än hälften av standardkablarna. När forskarna räknar in kostnader för att bygga och driva elektrolysörer, rör, tankfartyg och transformatorstationer blir hybridsystemet konkurrenskraftigt över tid för mycket stora, långlivade projekt, särskilt om utrustningspriserna faller som förväntat.

Minska energiklyftan mellan regioner

Ur ett nationellt perspektiv projicerar författarna Kinas elsystem 2060 under två scenarier: ett med ett i huvudsak konventionellt nät och ett annat där hybridenergiledningar är utbrett införda. I det konventionella fallet, även med 80 procent el från förnybara källor, står många kustprovinser fortfarande inför stora underskott och är beroende av importerad kraft, medan inlandprovinser har svårt att exportera sina överskott av ren energi. I hybridscenariot tillåter den starkare, mer flexibla överföringen och användningen av överskottsel för att producera vätgas systemet att absorbera ungefär dubbelt så mycket förnybar energi och nästan fem gånger så mycket vätgas. Detta nätverk kan mildra bristsituationer nära stora städer, minska beroendet av fossila bränslen och föra landet närmare att helt tillgodose elbehovet med förnybar energi.

Vad detta betyder för en renare framtid

Studien drar slutsatsen att supraledande hybridenergiledningar en dag kan komplettera eller delvis ersätta dagens kraftledningar och bränsletransporter och erbjuda ett sätt att effektivt flytta stora mängder ren energi över långa avstånd samtidigt som den lagras som vätgas. Tillvägagångssättet är dock inte redo för omedelbar utrullning: det möter utmaningar inom säkerhet, kryoteknik, långsiktig tillförlitlighet och höga initiala kostnader. Ändå, om tekniker för flytande vätgas och supraledande kablar fortsätter att utvecklas, kan system som det som föreslås här bli ett viktigt verktyg för att balansera ojämna vind- och solresurser och stödja ett framtida energisystem som till stor del bygger på förnybar energi.

Citering: Chen, X., Chen, Y., Jiang, S. et al. Superconducting hybrid energy transmission and storage system and its projected impact on a sustainable energy future. Commun. Sustain. 1, 77 (2026). https://doi.org/10.1038/s44458-026-00077-z

Nyckelord: förnybar energi, flytande vätgas, supraledande kablar, energilagring, långdistansöverföring