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電線電纜技術:超導研究醞釀電力設備新突破

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來源:儀天成電力  時間:2017/12/09  閱讀:

       不久前,中國電力科學研究院自主研發(fā)的高溫超導儲能系統(tǒng),在國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)動模實驗室成功實現(xiàn)了并網(wǎng)功率補償。這標志著在高溫超導儲能系統(tǒng)電力應用技術領域取得了階段性突破,同時也再次喚起了人們對超導電力技術及相關裝備的關注。
      超導儲能研究漸熱
      相關研發(fā)人員說,此次實驗的成功表明我國已自主掌握了第二代高溫超導儲能系統(tǒng)單元構造、集成、控制、保護和輸配電工程實際應用等關鍵技術,其研究成果為下一階段開展超導電力應用技術的科研、試驗示范運行、系統(tǒng)分析與評估奠定了堅實的基礎。此前,中國電力科學研究院還承擔了“第II代高溫超導儲能單元構成關鍵技術研究”。
       據(jù)介紹,高溫超導儲能系統(tǒng)是一種可實現(xiàn)電能—電能轉換的儲能系統(tǒng),可直接存儲電磁能,沒有電阻損耗,功率輸送時無需能源形式的轉換,具有反應速度快、功率密度高以及高效率的優(yōu)點,可以實現(xiàn)與電力系統(tǒng)的實時大容量能量交換和功率補償,在提高電網(wǎng)的電能質量、供電可靠性和動態(tài)穩(wěn)定性方面具有重要的作用。
      另外,超導儲能系統(tǒng)的功率規(guī)模和儲能規(guī)模可以做的很大,并具有系統(tǒng)效率高、技術較簡單、沒有旋轉機械部分、沒有動密封問題等優(yōu)點。超導儲能技術在進行輸/配電系統(tǒng)的瞬態(tài)質量管理、提高瞬態(tài)電能質量及電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性和緊急電力事故應變等方面具有積極作用,因而具有廣闊的應用前景。
   長城證券分析人士認為,超導儲能是國內(nèi)智能電網(wǎng)重要相關技術的研究方向之一,但是由于可靠性和經(jīng)濟性的制約,商業(yè)化應用還比較遠。目前國內(nèi)風光儲能項目的儲能方式還是以鋰電池為主,輔助以鈉硫電池、液流電池儲能。
      產(chǎn)業(yè)化是關鍵
       實際上,超導技術的應用不僅僅局限于儲能系統(tǒng)。超導電纜、超導限流器等相關裝備都已獲得一定程度發(fā)展??傮w而言,超導電力設備能大限度地減少損耗,達到電能高效利用。今年4月,能大幅提高電網(wǎng)供電可靠性和安全性的我國首座超導變電站,在甘肅省白銀市建成并安全運行。該變電站就集成了超導儲能系統(tǒng)、超導限流器、超導變壓器和三相交流高溫超導電纜等多種新型超導電力裝置。
       有專家認為,超導技術真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需較長時間。不過,業(yè)內(nèi)也有不同觀點。行業(yè)分析師唐曉斌認為,超導技術目前已經(jīng)進入產(chǎn)業(yè)化階段。預計高溫超導中超導限流器、超導濾波、超導儲能將有可能先獲得應用。
據(jù)了解,超導限流器能在電網(wǎng)短路時,限制短路電流,保護電網(wǎng)。與其他限制短路電流的方式相比,超導限流器具有不改動原有設計和設備,運行能耗大幅降低等優(yōu)點。
      據(jù)測算,與500千伏空心電抗器對比,超導限流器年節(jié)省電費200萬元,節(jié)省原有設備改造投入500萬以上。估計超導限流器的市場在600億元。
      此外,高溫超導電纜也是超導技術在電力領域應用的一個重要方面。它采用無阻和高電流密度的高溫超導材料作為載流導體,具有載流能力大、損耗低和體積小的優(yōu)點,相同截面積的超導電纜的傳輸容量將比常規(guī)電纜高3-5倍,而電纜本體的焦耳熱損耗非常小。雖然在交流運行狀態(tài)下,它也存在一定的損耗,但超導電纜只要超過一定長度后,即使考慮到低溫冷卻和終端所需的電能消耗,其輸電損耗也將比常規(guī)電纜降低50%-70%。
      有專家曾舉例說,以我國電網(wǎng)傳輸損耗約占發(fā)電容量的7%計算,如果全部采用超導電力電纜,則可以將電網(wǎng)的傳輸損耗減少到大約3.5%以下,效益顯而易見。
       唐曉斌認為,一代和第二代高溫超導材料各有優(yōu)勢。成本方面,目前一代成本是第二代的1/3,但第二代有潛力降至一代以下。在應用領域方面,除了超導電機需要用第二代外,別的應用領域兩種材料基本一致。
優(yōu)勢明顯 問題待解
       有專家告訴記者,目前常規(guī)電力設備和電力系統(tǒng)存在著一些自身的局限,這激發(fā)了業(yè)界對超導電力設備的試驗和研發(fā)。
據(jù)介紹,我國電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是電力系統(tǒng)的容量越來越大,電網(wǎng)向超大規(guī)模方向發(fā)展。隨著電網(wǎng)容量和規(guī)模的不斷擴大,電力系統(tǒng)的短路容量越來越大,這對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行構成了很大的威脅。目前,在輸電系統(tǒng)中尚無有效的限流設備。從電網(wǎng)的結構上和運行方式上入手來降低短路電流,其造價非常昂貴。超導電力設備在這方面則具有顯著的優(yōu)勢。
有業(yè)內(nèi)人士指出,常規(guī)電力系統(tǒng)的效率受到銅、鋁等基本導電材料的限制,要進一步提高難度很大。隨著我國電力需求量的增大,網(wǎng)絡的總損耗將進一步增大。這也需要超導技術來突破這一局限。
       此外,常規(guī)電氣設備占地面積大,而人口密集的大中城市正是負荷中心。隨著電能需求不斷增長,電網(wǎng)建設占地的需求量也隨之增大。城市用地緊張和供電難的矛盾同樣也需要超導技術來破解。
       目前,全國有多家科研院所在對超導電力技術進行攻堅,取得了可喜的成就,如超導電纜從“九五”期間開始研究,已研制出多種類型的高溫超導電纜。多種類型的超導電力設備都已研制出樣機,一些產(chǎn)品進入示范試驗運行階段。不過,據(jù)記者了解,目前超導電力技術的應用和產(chǎn)業(yè)化方面仍面臨一些問題亟待解決。
      中國科學院電工研究所有關專家表示,超導電力技術的應用和產(chǎn)業(yè)化簡而言之面臨三個方面的問題:一是超導材料的臨界溫度還有待提高;二是超導材料的價格還比較高,有的比常規(guī)材料高幾十倍、上百倍;三是超導技術所應用的低溫制冷系統(tǒng)的制備還比較復雜,且制冷機的免維護壽命較短。與此同時,超導電力裝備的低溫高電壓絕緣技術、實時檢測技術、集成技術、與常規(guī)系統(tǒng)的匹配協(xié)調運行等也還需要進一步研究。

更多技術問題請致電儀天成電力客戶服務:027-87876585,技術部專線:027-87876585,在線客服:719388481
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