[论文解读] Cost Projections for High Temperature Superconductors

P. M. Grant, Thomas P. Sheahen|arXiv (Cornell University)|Feb 21, 2002

Superconducting Materials and Applications参考文献 4被引用 15

一句话总结

本文對高溫超導體（HTS）在電力應用中的成本進行了預測，分析了氧化物粉末鑲嵌管（OPIT）法與塗層導體法在材料、人工與資本開支方面的成本。研究結論指出，以銀殼包覆的Bi-2223 HTS線材的10美元/kAm成本目標在現有技術條件下仍難以實現，未來可預見的實際成本將顯著高於此目標。

ABSTRACT

It is generally argued that for high-temperature superconductors (HTS) to be cost-competitive in power applications, the wire will have to sell for about $10 per kiloampere meter ($10/kAm) for operation at 77 K (e.g., NbTi costs around $1/kAm and Nb3Sn around $8, each at 4.2 K). Given what is already known about the critical current performance of Pb-stabilized Bi-2223 (BSCCO), this cost target may be extremely difficult to realistically achieve for silver-sheathed BSCCO produced by the oxide-powder-in-tube (OPIT) technique. In this paper, we examine the cost of component materials, add reasonable estimates for labor and related costs, and arrive at a likely cost/performance (C/P) figure. We also estimate the capital cost of a factory to produce HTS conductor by a particular coated conductor method, and calculate the necessary production-output and performance parameters necessary to manufacture 10 km/yr of wire and its associated C/P. Our results indicate that the real C/P seen by the customer will remain substantially above this $10/kAm target for some time to come.

研究动机与目标

• 透過生產成本預測，評估高溫超導體（HTS）在電力應用中的經濟可行性。
• 評估現有製造技術下，HTS線材10美元/kAm成本目標是否可達成。
• 估算以OPIT法與塗層導體法生產HTS導體之工廠的材料、人工與資本成本。
• 確定每年生產10公里HTS線材時，達成成本目標所需的性能與產出水準。
• 比較預測的成本/性能（C/P）比率與商業可行性之基準目標10美元/kAm。

提出的方法

• 針對採用氧化物粉末鑲嵌管（OPIT）技術的銀殼包覆Bi-2223（BSCCO）HTS線材，進行詳細的組成材料成本拆解。
• 納入合理的人工、間接成本與製程費用估算，以推導每千安培米（kAm）的總生產成本。
• 估算建立塗層導體HTS生產工廠所需的資本投入，包括設備與廠房設置成本。
• 計算達成目標成本水準所需的產出（每年10公里）與關鍵電流性能。
• 運用成本/性能（C/P）比率框架，將預測成本與10美元/kAm基準進行比較。
• 應用1998年應用超導學會會議報告的資料，以支持成本建模與假設設定。

实验结果

研究问题

• RQ1 以現有OPIT法製造銀殼包覆Bi-2223線材，10美元/kAm的HTS成本目標是否在現實中可達成？
• RQ2 在氧化物粉末鑲嵌管（OPIT）法生產HTS線材時，主要的成本驅動因素為何？
• RQ3 為達成塗層導體HTS的10美元/kAm成本目標，需達到何種產出水準與性能表現？
• RQ4 材料、人工與資本成本如何影響HTS導體的整體成本/性能（C/P）比率？
• RQ5 在實際工廠規模生產條件下，HTS線材的預測成本/性能比率為何？

主要发现

• 以現有技術，透過OPIT法生產銀殼包覆Bi-2223 HTS線材，達成10美元/kAm成本目標極具挑戰。
• 僅OPIT工藝的材料成本已相當可觀，加上人工與間接成本後，總成本遠高於10美元/kAm基準。
• 塗層導體生產工廠的資本投入巨大，需達成高產出與高性能量才能達成成本目標。
• 即使生產過程最佳化，可預見的未來，客戶實際見到的成本/性能（C/P）比率仍將顯著高於10美元/kAm。
• 研究結論指出，以現有製造方法與材料成本，10美元/kAm目標在經濟上不可行。
• 分析顯示，需進一步提升材料效率、製程良率與生產規模，方能接近目標成本。