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电线电缆技术:超导研究酝酿电力设备新突破

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来源:仪天成电力  时间:2017/12/09  阅读:

       不久前,中国电力科学研究院自主研发的高温超导储能系统,在国家电网公司电力系统动模实验室成功实现了并网功率补偿。这标志着在高温超导储能系统电力应用技术领域取得了阶段性突破,同时也再次唤起了人们对超导电力技术及相关装备的关注。
      超导储能研究渐热
      相关研发人员说,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、保护和输配电工程实际应用等关键技术,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II代高温超导储能单元构成关键技术研究”。
       据介绍,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、提高瞬态电能质量及电网暂态稳定性和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。
   长城证券分析人士认为,超导储能是国内智能电网重要相关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。目前国内风光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。
      产业化是关键
       实际上,超导技术的应用不仅仅局限于储能系统。超导电缆、超导限流器等相关装备都已获得一定程度发展。总体而言,超导电力设备能大限度地减少损耗,达到电能高效利用。今年4月,能大幅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较长时间。不过,业内也有不同观点。行业分析师唐晓斌认为,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、超导储能将有可能先获得应用。
据了解,超导限流器能在电网短路时,限制短路电流,保护电网。与其他限制短路电流的方式相比,超导限流器具有不改动原有设计和设备,运行能耗大幅降低等优点。
      据测算,与500千伏空心电抗器对比,超导限流器年节省电费200万元,节省原有设备改造投入500万以上。估计超导限流器的市场在600亿元。
      此外,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%。
      有专家曾举例说,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力电缆,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。
       唐晓斌认为,一代和第二代高温超导材料各有优势。成本方面,目前一代成本是第二代的1/3,但第二代有潜力降至一代以下。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。
优势明显 问题待解
       有专家告诉记者,目前常规电力设备和电力系统存在着一些自身的局限,这激发了业界对超导电力设备的试验和研发。
据介绍,我国电力系统的发展趋势是电力系统的容量越来越大,电网向超大规模方向发展。随着电网容量和规模的不断扩大,电力系统的短路容量越来越大,这对电力系统的安全稳定运行构成了很大的威胁。目前,在输电系统中尚无有效的限流设备。从电网的结构上和运行方式上入手来降低短路电流,其造价非常昂贵。超导电力设备在这方面则具有显著的优势。
有业内人士指出,常规电力系统的效率受到铜、铝等基本导电材料的限制,要进一步提高难度很大。随着我国电力需求量的增大,网络的总损耗将进一步增大。这也需要超导技术来突破这一局限。
       此外,常规电气设备占地面积大,而人口密集的大中城市正是负荷中心。随着电能需求不断增长,电网建设占地的需求量也随之增大。城市用地紧张和供电难的矛盾同样也需要超导技术来破解。
       目前,全国有多家科研院所在对超导电力技术进行攻坚,取得了可喜的成就,如超导电缆从“九五”期间开始研究,已研制出多种类型的高温超导电缆。多种类型的超导电力设备都已研制出样机,一些产品进入示范试验运行阶段。不过,据记者了解,目前超导电力技术的应用和产业化方面仍面临一些问题亟待解决。
      中国科学院电工研究所有关专家表示,超导电力技术的应用和产业化简而言之面临三个方面的问题:一是超导材料的临界温度还有待提高;二是超导材料的价格还比较高,有的比常规材料高几十倍、上百倍;三是超导技术所应用的低温制冷系统的制备还比较复杂,且制冷机的免维护寿命较短。与此同时,超导电力装备的低温高电压绝缘技术、实时检测技术、集成技术、与常规系统的匹配协调运行等也还需要进一步研究。

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