超导技术的广阔市场,我们可以不进入,但应该知道它在智能电网中的应用

时间:17-02-22 09:23

超导技术的广阔市场,我们可以不进入,但应该知道它在智能电网中的应用
 
今天想跟大家谈一下的是超导技术在智能电网中的应用。智能电网要广泛应用先进的设备技术,极大地提高输配电系统的性能。而超导技术被认为是未来智能电网将主要应用的三方面先进技术之一,其他两个是电力电子技术和大容量储能技术。可能表计圈对此不是很熟,但是超导技术跟表计圈关系不小哦!今天大家就随小编一探究竟。
 
首先谈下超导材料的两个重要的特性
超导是指某些物质在一定温度条件下(一般为较低温度,也有高温情况)电阻降为零的性质,当然这一特点想必大多人都知道。同时超导体还具有另一个极为重要的性质——当金属处在超导状态时,超导体内的磁感应强度为零,却把原来存在于体内的磁场排挤出去。最开始,人们应用这个原理在交通领域,人们可以制造在悬浮无摩擦状态下运行的超导列车和超导船,或者制造无磨损轴承。
 
而超导技术在智能电网中的应用也与这两个特性息息相关。
 
超导技术在智能电网中的应用
目前超导技术在智能电网中的应用主要是:短路电流限制器、储能、低损耗的旋转设备以及低损耗电缆。其中,现已进行产业化运作的有超导电缆、超导限流器、超导滤波器、超导储能等。虽然与国际尚有一定的差距,但部分领域的研发已经处于国际先进水平。
 
1
超导电缆
普通电缆必不可少的存在电阻,超高压输电会有很大的损耗,因此理想的零电阻的超导材料是电力传输最具前景的材料。
 
几大特性:
损耗低:目前超导电缆材料主要是高温超导材料。据业内人士介绍,高温超导电缆的传输损耗仅为传输功率的0.5%,比常规电缆5%~8%的损耗要低得多;
电流密度高:在重量、尺寸相同的情况下,与常规电力电缆相比,高温超导电缆的容量可提高3~5倍、损耗下降60%,并且节约占地面积和空间;
传输容量大:用高温超导电缆改装现有地下电缆系统,不但能将传输容量提高3倍以上,而且能将总费用降低20%;
 
据专业人士表示,利用高温超导电缆还可以通过采用低电压大电流传输电能改变传统输电方式。未来超导输电技术的一个极为重要的发展趋势就是重点发展高温超导直流输电电缆,这一点从近年来国际上的研究开发任务中可以看出。
 
应用实例:
沃尔核材(002130)2007年由中国科学院电工研究所牵头研制的75米长10.5kV/1.5kA三相交流高超导电缆,于2012年完成了7000小时的配电网试验运行,目前该电缆未出现任何故障,并获得了大量实时数据,为今后更长距离更大容量高超导电缆的研发打下了坚实的基础。
2015年,上海电缆研究所牵头的市科委重大项目“35千伏高温超导电缆系统工程应用与示范研究”成果,通过中国电力企业联合会鉴定,部分关键参数达到国际领先水平。
 
2
超导电磁储能
超导磁储能由于装置采用超导结构,储能状态下装置损耗很小,因而效率比常规装置高(95% 左右)。同时超导储能系统释能速度快,能实现快速的有功、无功功率补偿,对于提高电力系统稳定性、抑制低频荡、改善供电品质都有良好的应用前景,也能应用于太阳能发电、风力发电等功率输出不稳定的系统以提高其并网性能。
 
2020 年之前,超导磁储能领域应重点攻关高温超导储能技术以及基于超导磁的新型混合储能系统,2025 年之前实现高温超导储能技术示范及推广应用,争取实现基于超导磁的新型混合储能系统的试验,2030 年之前争取实现两项新型超导磁储能关键技术的市场化推广应用。
 
3
超导限流器
超导限流器作为一种有效的短路电流限制装置,在发生短路故障时,能够迅速将短路电流限制到可接受的水平,从而避免电网中大的短路电流对电网和电气设备的安全稳定运行构成重大危害,可以大大提高电网的稳定性,改善供电的可靠性和安全性。
 
从应用范围来看,超导限流器可安装于发电厂、输电网、变电站等场所。预计国内首先应用于变电站,尤其是220KV及以上的变电站。
 
应用实例:
由百利机电控股集团公司与北京云电英纳超导电缆有限公司合作的,云南普吉变电站的35KV、1.2KA、90MVA饱和铁心型超导限流器,是目前世界上挂网运行电压等级最高、容量最大的超导限流器。
 
4
超导滤波器
高超导滤波器技术是目前移动通讯基站和雷达系统必不可少的技术。主要是应用在无线通讯领域,目前开始使用在CDMA无线基站中,在4G基础设施建设上提供革命性的推动。
 
高温超导技术可以提高网络通信的质量,提供最新一代的信号过滤解决方案。
 
高温超导滤波器能够减少不必要的信号干扰。随着使用频段的不断扩展,设备间的干扰也日趋严重,因此滤波器不但要确保产品本身正常工作,而且要减少相互影响、维持正常的无线工作环境。常规滤波器由于金属电阻会产生一定衰耗,不可能达到理想的滤波性能。高温超导技术的发展,为开发高性能滤波器提供了一种切实有效的方法。
 
并且高温超导滤波器能够提高数据传输速率,提升电池寿命及减少额外中继器或手机基地台的需要,可以同时解决损耗和陡度,具有十分理想的滤波性能。
 
5
超导变压器
在传统的变压器中,绕组中的铜损占变压器满负荷运行时总损耗的绝大部分,而采用高温超导绕组即可大大降低这部分损耗,大大提高变压器运行的经济性。同时,由于在相同容量下超导变压器的体积比常规变压器小40~60%,因此,超导变压器可直接安装在现有变电站内,从而节省重建经费。
 
应用实例:
在国家“863”重大项目支持下,中国科学院电工研究所与新疆特变电工股份有限公司、河北大学合作,从2002年起开展三相630kva/10.5kv高温超导变压器的研发。经过4年多的研发,世界上第二台挂网运行的三相高超导变压器,也是全球首台非晶合金铁芯高超导变压器在通过并网前的各种测试后,在新疆成功投入电网运行。
 
据了解,这台高超导变压器样机的负载损耗仅相当于同容量油浸式变压器9型国家标准的4.5%,在产品结构和原材料选用上均是对具有百年历史的传统变压器的突破。
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