相关文章

超导技术引领电气设备换代

来源网址:

不久前,科学研究院自主研发的高温超导储能系统,在公司电力系统动模实验室实现了并网功率补偿。这标志着我国在高温超导储能系统应用技术领域取得了阶段性突破,同时唤起了人们对超导电力技术及装备的关注。

据相关研发人员介绍,此次实验的成功,表明我国已自主掌握了第二代高温超导储能系统单元构造、集成、控制、保护和输配电工程应用等关键技术,其研究成果为下一阶段开展超导电力应用技术的科研、试验示范运行、系统分析与评估奠定了坚实的基础。此前,中国电力科学研究院还承担了“第二代高温超导储能单元构成关键技术研究”课题。

高温超导储能系统是一种可实现电能—电能转换的储能系统,可直接存储电磁能,没有电阻损耗,功率输送时无需能源形式的转换,具有反应速度快、功率密度高以及高效率的优点,可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿,在提高电网的电能质量、供电可靠性和动态稳定性方面具有重要的作用。

另外,超导储能系统的功率规模和储能规模可以做的很大,并具有系统效率高、技术较简单、没有旋转机械部分、没有动密封问题等优点。超导储能技术在进行输/配电系统的瞬态质量管理、提高瞬态电能质量、电网暂态稳定性、紧急电力事故应变等方面具有积极作用,因而具有广阔的应用前景。

分析人士认为,超导储能是智能电网技术的研究方向之一,但是由于可靠性和经济性的制约,商业化应用还比较远。目前,国内风电、光电储能项目的储能方式还是以锂电池为主,辅助以钠硫电池、液流电池储能。

超导电气设备产业化

联合研究员唐晓斌表示,超导目前已经进入产业化阶段。高温超导材料和低温超导材料应用领域并不一致,预计高温超导中的超导限流器、超导滤波、超导储能技术将有可能最先获得应用。低温超导中的主要用于核磁共振(MRI)、可控核聚变磁场线圈(ITER)技术也已经成熟,但是市场较小。

唐晓斌认为,一、超导限流器能在电网短路时,限制短路电流,保护电网。保守预计,广东电网在2015年会有60个变电站短路电流超过设计的安全标准。华东等电力负荷大区也有同样的问题。与其他限制短路电流的方式相比,超导限流装置有不改动原有设计和设备,运行能耗大幅降低等优点。他测算,与500kV空心电抗器对比,超导限流器每年将节省电费达200万元,节省原有设备改造投入500万元以上。估计超导限流器的市场在600亿元。

二、超导滤波器是移动通信基站静态扩容的重要手段。它提高移动通信基站覆盖面积一倍,同时降低掉话率50%以上。超导滤波属于成熟技术。美国目前已经装备了6000台超导滤波器。我国目前生产的超导滤波器还主要是应用于军事雷达、军事通信方面。民用方面,联通公司已经在北京和唐山的试点基站安装了超导滤波器,成功运行4年以上。随着移动通信数据传输量的大幅度增加,超导滤波器必将进入移动通信基站。保守估计超导滤波器的市场在375亿元。

三、超导储能主要用于解决风电、光伏发电系统的并网问题。超导储能响应速度快,可以快速根据电源放电状况收/放电能。目前国家电网资助的中国“第二代高温超导储能单元构成关键技术研究”项目验收已经获得通过。在美国和日本,超导储能已经有10例以上的应用。由于超导储能主要用于调节电能质量,与抽水蓄能等大规模的能量储存手段,并不矛盾。

第一代和第二代高温超导材料各有优势。成本方面,目前第一代成本是第二代的三分之一,但第二代有潜力降至第一代以下。在应用领域方面,除了超导电机需要用第二代外,别的应用领域两种材料基本一致。

产业化是关键

实际上,超导技术的应用不仅局限于储能系统。在超导电缆、超导限流器方面也都获得一定程度发展。总体而言,超导电气设备能最大限度地减少损耗,达到电能的高效利用。

今年4月,能大幅度提高电网供电可靠性和安全性的我国首座超导变电站,在甘肃省白银市建成并安全运行。该变电站就集成了超导储能系统、超导限流器、超导变压器和三相交流高温超导电缆等多种新型超导电力装置。

有专家认为,超导技术真正实现产业化还需要较长时间。不过,业内也有不同观点。唐晓斌认为,超导技术目前已经进入产业化阶段。预计高温超导中超导限流器、超导滤波、超导储能将有可能最先获得应用。

高温超导电缆也是超导技术在电力领域应用的一个重要方面。它采用无阻和高电流密度的高温超导材料作为载流导体,具有载流能力大、损耗低和体积小的优点,相同截面积的超导电缆的传输容量将比常规电缆高3~5倍,而电缆本体的焦耳热损耗非常小。虽然在交流运行状态下,它也存在一定的损耗,但超导电缆只要超过一定长度后,即使考虑到低温冷却和终端所需的电能消耗,其输电损耗也将比常规电缆降低50%~70%。

有专家曾计算过,以我国电网传输损耗约占发电容量的7%计算,如果全部采用超导电缆,则可以将电网的传输损耗减少到大约3.5%以下,效益显而易见。