对超导电力技术及其发展前景的探讨论文

关于对超导电力技术及其发展前景的探讨论文

　　前言

　　超导电力技术是一门涉及电气工程、物理学以及材料科学等多门学科的新兴技术。超导电力技术所涉及的大部分关键技术的研究都属于电工科学的研究范围。超导技术与电工学科的结合，必然会使得电工科学与工程进一步发展。

　　目前，随着超导电力技术的逐步成熟，在大量电力装备中得到了很好的应用，比如超导电缆、超导电机、超导变压器等。同时，通过超导技术的应用，还能很好的克服传统技术的弊端，实现诸如超导故障电流限制器等新型电力设备。超导电力技术的应用，对提高电器设备的工作效率、储能容量，降低电能损耗，提高电能质量以及保证电力系统的安全稳定运行方面发挥出了不可替代的作用，同时也为电网规模的不断扩大提高了技术保障。

　　超导电力技术的独有优势使其具备了巨大的发展潜力，同时也是未来较长一段时间内，电工科学与工程的主要研究方向之一，它代表了当前国际科技发展的主要方向，超导电力技术的深入研究对促进电力工程学科的快速发展具有深远的现实意义。

　　1 超导电力技术的现状及优势

　　1.1 超导电力技术发展现状

　　超导电力技术主要是利用超导体能够实现零电阻的特点进行各类超导电力设备的制造，而零电阻这一特性可以有效降低电能传输的损耗。目前，超导电力技术主要在以下几个方面得到了具体的应用：

　　(1)高温超导限流器。高温超导限流器将检测、触发等多项功能集于一身，其阻抗能够在从零开始的极大范围内进行转换，相对传统限流器，其响应和恢复的速度更快。高温超导限流器在电力系统中的应用可以有效保护各类电器设备的安全、稳定运行，同时还能提升输电容量，扩大电网规模。

　　(2)高温超导电缆。通过超导技术制造的高温超导电力可以大幅度提升输电的密度，加上其零电阻的特性，能够有效降低线损，为满足现代用电需求提供了良好的传输介质。

　　(3)超导储能系统。风能、太阳能等新能源虽然具有清洁以及循环可再生等多种特点，但是这些系能源发电稳定性较差，需要通过电能储存系统来确保其稳定并网。而传统储能设备性能较差，通过超导技术所制造的超导储能系统具有更高的响应速度，同时可以根据需求对输出功率进行灵活调整，使电网供电质量全面提升。

　　(4)超导电机。当前的变压器、发电机及电动机单机容量相对较低，而且质量大、对电能的损耗也较大，而超导电机刚好克服了这些缺点，这使得其能够在面临资源问题和环境问题的巨大压力之下具有更好的发展空间。

　　1.2 超导电力技术的应用优势

　　随着现代电力系统规模、容量等方面要求的不断提升，系统出现了大量的问题，而超导电力技术有效克服了其中的大量问题，表现出了明显的技术优势，具体如下：

　　(1)短路电流会威胁到电力系统运行的稳定性，而传统限流设备的限流效果并不理想，而且缺少自动复位功能，虽然SF6断路器能够在短路电流增加的情况下及时切断故障线路，但是当短路电流超过63kA 之后，其限流保护功能会受到极大的影响。而超导限流器在正常状态下为零阻抗，有效降低电能损耗，当短路故障发生后，其阻抗会迅速上升，且其容量上限比传统限流设备大得多，能够更好的保证电力系统的稳定运行。(2)随着城市的发展，用电规模不断增加，传统的电缆在小空间中进行大容量电能的输送面临着一定的技术瓶颈，而超导电缆的应用能够有效降低线损，并提高城市空间的利用效率。(3)风能、太阳能等新能源发电并网可能会影响电网的动态稳定性，而通过超导储能系统的应用，能够有效改善电能质量，提高并网的稳定性和可靠性。(4)随着土地资源问题的日渐凸显，传统电气设备占用空间大的弊端越来越突出，为了提高土地面积的利用效率，可以通过超导电缆、超导变压器等超导电气设备的应用来提高土地资源的.利用效率。

　　2 超导电力技术的发展方向分析

　　近年来，随着能源危机及环境问题的日渐突出，加上城市化进程的不断推进，电力行业面临着巨大的挑战。传统的电力技术很难适应这种挑战，对此需要通过新的能源发电及新的电力技术的应用来满足这一需求。而超导电力技术以其独有的优势能够很好的满足这一需求，同时也已经取得了长足的进步。从社会的发展情况来看，超导电力技术主要会朝着以下几个方向发展：

　　(1)电压等级不断提高。超导电力技术最初的应用范围主要集中在电压等级较低的配电领域，且其输电距离比较短。而随着近年来各国对超导电力技术的深入研究，使其逐渐向输电领域进行应用。比如，美国基于第二代高温材料对三相电阻型机饱和铁芯型高温超导限流器进行了研究;韩国也在加强高温超导输电方面的研究工作。(2)超导电气设备将会集成更多的功能，同时超导电力技术的原理也会更加多元化。超导电气设备会将更多的功能集成到一种装置上实现，从当前的情况来看，中美两国在这方面的研究明显领先于其他国家，其中中国科学院电工研究所遭灾2006 年就研制成功了同时集成超导限流、超导储能等多项功能于一体的超导限流储能装置，通过试验发现，该装置能够在电网正常运行状态下以超导储能为主要作用进行运转，一旦电网出现短路过流故障，则切换为超导限流器功能，确保电网的安全运行;从美国方面来看，其将超导限流功能集成到超导电缆中，使得额其额定电压达到13.8kV，额定电流也达到了4000A，相对当前使用的超导电缆具有更高的容量和电压等级。(3)为新能源的并网发电提供技术保障服务。通过超导技术的应用，避免系能源并网发电对电网稳定性的影响，从而在保证电网稳定性的条件下，使各类新能源发电能够更好的进行并网，为解决日益严重的能源危机和环境问题提供了充分的技术支持。(4)向超导直流输电方向发展。相对于超导交流输电来说，超导直流输电过程中，因为不存在交流损耗问题而具有更高的输电效率。当输电容量相同时，直流输电具有更高的输电性价比。目前，中日两国在超导直流输电方面进行非常深入的研究和实验工作，其中，中国科学院电工所当前在建的用于电解铝厂工地那的超导示范系统，通过采用超导直流输电方式，其额定电流达到了10kA，且传输距离达到380m;而日本的中部大学也建成了额定电流达到2kA，传输距离达到200m 的超导直流输电线缆。通过这些示范系统，充分验证了超导直流输电的可用性、高效性及经济性，超导输电也是未来超导电力技术发展的主要方向之一。

　　3 结束语

　　总而言之，以可再生能源发展为主导的能源结构变革以及全球环境问题的日益加剧，无疑对未来电网的输送容量、安全稳定性、电能质量以及综合效率等多个方面提出了更高的要求。而基于超导体的超导电力技术，在面对这些挑战时发挥出明显的技术优势，这也使得其具有非常广阔的发展前景，是未来电力技术发展的主要方向。