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| 超導技術引領電氣設備換代 |
| 時間：2011/7/14 |
不久前，中國電力(行情,資訊,評論)科學研究院自主研發的高溫超導儲能系統，在國家電網公司電力系統動模實驗室實現了并網功率補償。這標志著我國在高溫超導儲能系統應用技術領域取得了階段性突破，同時喚起了人們對超導電力技術及裝備的關注。
超導儲能研究漸熱
據相關研發人員介紹，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單元構造、集成、控制、保護和輸配電工程應用等關鍵技術，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“第二代高溫超導儲能單元構成關鍵技術研究”課題。
高溫超導儲能系統是一種可實現電能—電能轉換的儲能系統，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點，可以實現與電力系統的實時大容量能量交換和功率補償，在提高電網的電能質量、供電可靠性和動態穩定性方面具有重要的作用。
另外，超導儲能系統的功率規模和儲能規模可以做的很大，并具有系統效率高、技術較簡單、沒有旋轉機械部分、沒有動密封問題等優點。超導儲能技術在進行輸/配電系統的瞬態質量管理、提高瞬態電能質量、電網暫態穩定性、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，超導儲能是智能電網技術的研究方向之一，但是由于可靠性和經濟性的制約，商業化應用還比較遠。目前，國內風電、光電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。
超導電氣設備產業化
華泰聯合研究員唐曉斌表示，超導目前已經進入產業化階段。高溫超導材料和低溫超導材料應用領域并不一致，預計高溫超導中的超導限流器、超導濾波、超導儲能技術將有可能最先獲得應用。低溫超導中的主要用于核磁共振(MRI)、可控核聚變磁場線圈(ITER)技術也已經成熟，但是市場較小。
唐曉斌認為，一、超導限流器能在電網短路時，限制短路電流，保護電網。保守預計，廣東電網在2015年會有60個變電站短路電流超過設計的安全標準。華東等電力負荷大區也有同樣的問題。與其他限制短路電流的方式相比，超導限流裝置有不改動原有設計和設備，運行能耗大幅降低等優點。他測算，與500kV空心電抗器對比，超導限流器每年將節省電費達200萬元，節省原有設備改造投入500萬元以上。估計超導限流器的市場在600億元。
二、超導濾波器是移動通信基站靜態擴容的重要手段。它提高移動通信基站覆蓋面積一倍，同時降低掉話率50%以上。超導濾波屬于成熟技術。美國目前已經裝備了6000臺超導濾波器。我國目前生產的超導濾波器還主要是應用于軍事雷達、軍事通信方面。民用方面，聯通公司已經在北京和唐山的試點基站安裝了超導濾波器，成功運行4年以上。隨著移動通信數據傳輸量的大幅度增加，超導濾波器必將進入移動通信基站。保守估計超導濾波器的市場在375億元。
三、超導儲能主要用于解決風電、光伏發電系統的并網問題。超導儲能響應速度快，可以快速根據電源放電狀況收/放電能。目前國家電網資助的中國電科院 （300215 股吧,行情,資訊,主力買賣）“第二代高溫超導儲能單元構成關鍵技術研究”項目驗收已經獲得通過。在美國和日本，超導儲能已經有10例以上的應用。由于超導儲能主要用于調節電能質量，與抽水蓄能等大規模的能量儲存手段，并不矛盾。
第一代和第二代高溫超導材料各有優勢。成本方面，目前第一代成本是第二代的三分之一，但第二代有潛力降至第一代以下。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。
產業化是關鍵
實際上，超導技術的應用不僅局限于儲能系統。在超導電纜、超導限流器方面也都獲得一定程度發展。總體而言，超導電氣設備能最大限度地減少損耗，達到電能的高效利用。
今年4月，能大幅度提高電網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、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，超導技術真正實現產業化還需要較長時間。不過，業內也有不同觀點。唐曉斌認為，超導技術目前已經進入產業化階段。預計高溫超導中超導限流器、超導濾波、超導儲能將有可能最先獲得應用。
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點，相同截面積的超導電纜的傳輸容量將比常規電纜高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電纜降低50%～70%。
有專家曾計算過，以我國電網傳輸損耗約占發電容量的7%計算，如果全部采用超導電纜，則可以將電網的傳輸損耗減少到大約3.5%以下，效益顯而易見。
三大問題待解
有專家告訴記者，目前常規電氣設備和電力系統存在著自身的局限，這激發了業界對超導電氣設備的試驗和研發。
據介紹，我國電力系統的發展趨勢是電力系統的容量越來越大，電網向超大規模方向發展。隨著電網容量和規模的不斷擴大，電力系統的短路容量越來越大，這對電力系統的安全穩定運行構成了很大的威脅。目前，在輸電系統中尚無有效的限流設備。從電網的結構和運行方式入手來降低短路電流，其造價非常昂貴。超導電氣設備在這方面則具有顯著的優勢。
有業內人士指出，常規電力系統的效率受到銅、鋁等基本導電材料的限制，要進一步降低導電材料的自身耗電，難度很大。隨著我國電力需求量的增大，網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。多種類型的超導電氣設備都已研制出樣機，一些產品進入示范試驗運行階段。不過，據記者了解，目前超導電力技術的應用和產業化方面，仍面臨一些問題亟待解決。
中國科學院電工研究所專家表示，超導電力技術的應用和產業化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，超導電氣裝備的低溫高電壓絕緣技術、實時檢測技術、集成技術、與常規系統的匹配協調運行等，也還需要進一步研究。
超導產業“十年十倍”
我國新材料產業“十二五”發展規劃尚在征求意見之際，而被譽為“十年十倍”的超導產業卻已紛紛搶跑。
今年5月27日，蘇州工業園區舉行的園區開發建設17周年慶祝儀式上，包括蘇州力鼎新材料等公司在內的29個項目集體開工、開業。蘇州力鼎新材料公司是國內首家開發第二代超導線材的企業。
不僅是蘇州力鼎新材料公司，就在5月中旬，陜西西部超導材料公司與中科院高能物理研究所簽署了合作框架協議，開啟了特殊超導線材的國產化進程。此外，國家電網正籌建一條長約1公里、110kV高溫超導電纜示范項目，計劃2012年建成。
在各方紛紛布局超導產業的背后，是看中該產業的廣闊市場。
國家智能電網的發展，對超導材料帶來實質需求。華泰聯合的研究報告則顯示，未來十年，隨著我國電網和非電網市場的超導應用，市場規模將超過2000億元。新材料產業“十二五”發展規劃顯示，目前我國新材料產業占國內生產總值15%，預計未來五年的增速將保持在20%以上。
而據國際超導工業界的數據顯示，2010年，全球超導電力技術產業產值約75億美元，預計到2020年，該產值將達750億美元，也就是說，超導產業有望迎來“十年十倍”的迅猛增長。
就在超導產業紛紛落地之時，記者了解到，正在征求意見的新材料產業“十二五”發展規劃明確提出，新材料產業的重點行業包括航空航天、能源資源、交通運輸、重大裝備等領域急需的碳纖維、半導體材料、高溫合金材料、超導材料、高性能稀土材料、納米材料等。
值得一提的是，該發展規劃提出，對重點發展的行業將給予更多的政策支持，包括產業基金、財政貼息、信貸支持等，這為包括超導在內的新材料行業加快發展插上翅膀。
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