超导电力技术及其发展前景.pdf

史气吴)(2013.No.2)
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文章编号:1004-289X(2013)02-0015-03
超导电力技术及其发展前景
吴稀西,李占林,肖曼,吴亚彬
(三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443002)
摘要:介绍了超导电力技术国内外发展进程及研究现状,论述了超导电力技术与传统电力技术相比具有的应用
优势,闻明了超导电力技术的发展方向,最后指出了超导电力技术的应用前景。
关键词:超导电力技术;超导输电;储能系统;新能源
中图分类号:TM76
文献标识码:B
Superconducting Power Technology and Its Development Prospect
WUXiーci, C/ Zharれ-lin, XAO Man,WUYa-bin
Electrical and New Energy Source School, Sanxia University, Yichang 443002, China
Abstract: This paper introduces the development process and research situation at home and abroad of the supercon
ducting power echnology. Comparet with traditional power technology, superconducting power technology has its applica-
tion advantages. This paper also discusses those advantages. Except that, this paper illustrates the development direction
of the superconducting power technology. Finaliy, point out the application prospect of the superconducting power tech-
Key words: superconducting power technology; superconducting power transmission; energy storage system; new ener
引言
力系统,结果表明了该超导储能系统可以调制低频干
扰信号,消除电网的低频振荡;2006年,美国超导公司
1911年荷兰物理学家海克?卡末林?昂内斯(AMSC)研制出高温超导电缆并投入实际运行,其额
Heike Kamerlingh Onnes发现超导现象,即将汞冷却到定电压达138kV,该公司还研制出额定功率达36
268.98℃时,汞的电阻会突然消失。随后的研究中5MW的高温超导电动机和额定容量为10MVA的超导
他发现许多金属和合金都具有与汞相类似的低温下失同步调相机;日本东芝于1994年研制出超导限流器
去电阻的特性。经过100年的发展,超导电力技术已(FCL);日本通产省于1998年利用Nb超导线研制
经有了深入的发展,被广泛的研究应用于电力行业。出超导发电机,其额定功率达70MW2
2.2国内研究现状
国内外研究现状
国内方面,在超导电力技术方面开展研究的单位
2.1国外现状
有中国科学院电工研究所、清华大学、华中科大、中国
目前研究超导电力技术走在前列的有美国、俄罗电科院及北京云电英纳超导电缆公司等。其中,中科
斯、日本、韩国等。美国 Brookhaven国家实验室和Los院电工所于1998年研制出我国第一根高温超导电缆,
Alamos国家实验室先后于1985年研制出同轴Nb3Sn1999年我国第一台微型超导储能样机问世;2002年,
交流电缆和直流N3Sn电缆,额定电压分别为135kV新型高温超导限流器被成功研制出;2003年研制出交
和100kV,额定容量分别为1000和5000MVA;在此之流高温超导电缆系统;2003年,研制出我国第一台高
前的1982年, Los Alamos国家实验室还研制出超导储温超导变压器;并先后研制出高温超导电缆、高温超导
能系统(SMES),其储能量达30MJ,并示范的应用于电限流器、高温超导储能系统和高温超导变压器3,4。
电气升美〉(2013.No.2
3超导电力技术的研究应用及优势
4)常规电气设备占地面积较大,在土地资源日
益紧张的今天,有效减少用电占地面积也是一个不得
超导电力技术的根本原理是利用超导体在特殊情不考虑的问题,采用超导电缆、超导变压器及超导电
况下可以达到零电阻这一特性,研制各种超导设备。机,都可以减少用地面积。
目前,超导电力技术主要的研究应用有以下几个方4超导电力技术的发展方向
面
1)高温超导限流器。超导限流器具有检测、触
近年来,世界石化资源愈来愈紧张,环境压力也越
发和限流的功能其,阻抗可以在零和很大值之间转换,来越大,人口城市化进程也加快,这就要求电力行业必
反应和恢复的速度都较快。研制应用超导限流器可以须发展新的发电能源及并网和传输技术,来适应时代
达到保护电气设备、改善供电可靠性的目的,并且可以的需求。由于超导电力技术具有上述优点,可以适应
增加输电容量,以及提高电网的稳定性。
电力行业未来发展的需要,并且已经取得了长足的进
(2)高温超导输电。利用高温超导电缆可以大大步。文献[3]指出超导电力技术的发展主要有以下几
提高输电密度,降低输电损失,减少城市输电用地,适个方向:
应现代城市用电的发展。
1)向高电压等级发展,即从配电向输电发展
3)超导储能系统。风能、潮汐能、太阳能等可再超导电力技术最初的示范及应用都是在配电系统领
生能源具有间歇性和不稳定性等缺点,这就要求可再域,电压等级较低,输电距离都较短。近年来,各国都
生能源必须与电能储存系统同时应用才可以实现稳定已把超导电力技术推向了输电领域,例如,荷兰已开始
并网。而超导储能系统自身特有的响应速度快、功率额定电压达50kV的超导电缆的研究?;韩国也在推
高、输出功率可灵活控制等优点决定了它可以实现高进高温超导输电的进程叨;美国开始了基于第二代高
效调度和实时动态功率平衡,在提高电网供电质量方温超导材料的三项电阻型及饱和铁心型的高温超导限
面发挥重要作用
流器的研制工作。
(4)超导电机。包括超导变压器、超导电动机。
(2)超导装置向功能集成化方向发展,并且超导
超导电机,不管是变压器、发电机还是电动机,都具有电力技术的原理愈加多样化。所谓功能集成化是指,
极限单机容量高的特点,并且损耗小、体积小、重量轻,在一种装置上实现两种或多种功能,美国和中国在这
这使它们在土地资源口益紧张、环境压力剧增的今天方面走在前端:美国已开展用于连接两座变电站的超
具有独特的优势。
导限流电缆的研制工作,该电缆集传输功能和超导限
随着电力系统朝着大容量、大规模、长距离、高电流功能于一体,额定电压达13.8kV,额定电流达
压方面发展,系统出现了很多问题,而超导电力技术的4000A(8。而中科院电工研究所已于2006年研制出
优势就逐渐凸显出来,如4-
一-台集超导限流器和超导储能系统于一体的超导限流
(1)短路电流的增大可能导致电力系统的崩溃,储能系统,该系统在电网正常运行时作为超导储能
而实际中的限流设备效果不佳,并且快速熔丝缺少自系统发挥作用,当电网发生短路故障时,作为超导限流