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超導電力技術(shù)及其發(fā)展前景探討論文
1超導電力技術(shù)的現狀及優(yōu)勢
1.1超導電力技術(shù)發(fā)展現狀
超導電力技術(shù)主要是利用超導體能夠實(shí)現零電阻的特點(diǎn)進(jìn)行各類(lèi)超導電力設備的制造，而零電阻這一特性可以有效降低電能傳輸的損耗。目前，超導電力技術(shù)主要在以下幾個(gè)方面得到了具體的應用[1]：
�。�1）高溫超導限流器。高溫超導限流器將檢測、觸發(fā)等多項功能集于一身，其阻抗能夠在從零開(kāi)始的極大范圍內進(jìn)行轉換，相對傳統限流器，其響應和恢復的速度更快。高溫超導限流器在電力系統中的應用可以有效保護各類(lèi)電器設備的安全、穩定運行，同時(shí)還能提升輸電容量，擴大電網(wǎng)規模。
�。�2）高溫超導電纜。通過(guò)超導技術(shù)制造的高溫超導電力可以大幅度提升輸電的密度，加上其零電阻的特性，能夠有效降低線(xiàn)損，為滿(mǎn)足現代用電需求提供了良好的傳輸介質(zhì)。
�。�3）超導儲能系統。風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源雖然具有清潔以及循環(huán)可再生等多種特點(diǎn)，但是這些系能源發(fā)電穩定性較差，需要通過(guò)電能儲存系統來(lái)確保其穩定并網(wǎng)。而傳統儲能設備性能較差，通過(guò)超導技術(shù)所制造的超導儲能系統具有更高的響應速度，同時(shí)可以根據需求對輸出功率進(jìn)行靈活調整，使電網(wǎng)供電質(zhì)量全面提升。
�。�4）超導電機。當前的變壓器、發(fā)電機及電動(dòng)機單機容量相對較低，而且質(zhì)量大、對電能的損耗也較大，而超導電機剛好克服了這些缺點(diǎn)，這使得其能夠在面臨資源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題的巨大壓力之下具有更好的發(fā)展空間。
1.2超導電力技術(shù)的應用優(yōu)勢
隨著(zhù)現代電力系統規模、容量等方面要求的不斷提升，系統出現了大量的問(wèn)題，而超導電力技術(shù)有效克服了其中的大量問(wèn)題，表現出了明顯的技術(shù)優(yōu)勢，具體如下：
�。�1）短路電流會(huì )威脅到電力系統運行的穩定性，而傳統限流設備的限流效果并不理想，而且缺少自動(dòng)復位功能，雖然SF6斷路器能夠在短路電流增加的情況下及時(shí)切斷故障線(xiàn)路，但是當短路電流超過(guò)63kA之后，其限流保護功能會(huì )受到極大的影響。而超導限流器在正常狀態(tài)下為零阻抗，有效降低電能損耗，當短路故障發(fā)生后，其阻抗會(huì )迅速上升，且其容量上限比傳統限流設備大得多，能夠更好的保證電力系統的穩定運行。
�。�2）隨著(zhù)城市的發(fā)展，用電規模不斷增加，傳統的電纜在小空間中進(jìn)行大容量電能的輸送面臨著(zhù)一定的技術(shù)瓶頸，而超導電纜的應用能夠有效降低線(xiàn)損，并提高城市空間的利用效率。
�。�3）風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源發(fā)電并網(wǎng)可能會(huì )影響電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)穩定性，而通過(guò)超導儲能系統的應用，能夠有效改善電能質(zhì)量，提高并網(wǎng)的穩定性和可靠性。
�。�4）隨著(zhù)土地資源問(wèn)題的日漸凸顯，傳統電氣設備占用空間大的弊端越來(lái)越突出，為了提高土地面積的利用效率，可以通過(guò)超導電纜、超導變壓器等超導電氣設備的應用來(lái)提高土地資源的利用效率。
2超導電力技術(shù)的發(fā)展方向分析
近年來(lái)，隨著(zhù)能源危機及環(huán)境問(wèn)題的日漸突出，加上城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，電力行業(yè)面臨著(zhù)巨大的挑戰。傳統的電力技術(shù)很難適應這種挑戰，對此需要通過(guò)新的能源發(fā)電及新的電力技術(shù)的應用來(lái)滿(mǎn)足這一需求。而超導電力技術(shù)以其獨有的優(yōu)勢能夠很好的滿(mǎn)足這一需求，同時(shí)也已經(jīng)取得了長(cháng)足的進(jìn)步。從社會(huì )的發(fā)展情況來(lái)看，超導電力技術(shù)主要會(huì )朝著(zhù)以下幾個(gè)方向發(fā)展：
2.1電壓等級不斷提高。
超導電力技術(shù)最初的應用范圍主要集中在電壓等級較低的配電領(lǐng)域，且其輸電距離比較短。而隨著(zhù)近年來(lái)各國對超導電力技術(shù)的深入研究，使其逐漸向輸電領(lǐng)域進(jìn)行應用。比如，美國基于第二代高溫材料對三相電阻型機飽和鐵芯型高溫超導限流器進(jìn)行了研究；韓國也在加強高溫超導輸電方面的研究工作。
2.2超導電氣設備將會(huì )集成更多的功能，同時(shí)超導電力技術(shù)的原理也會(huì )更加多元化。
超導電氣設備會(huì )將更多的功能集成到一種裝置上實(shí)現，從當前的情況來(lái)看，中美兩國在這方面的研究明顯領(lǐng)先于其他國家，其中中國科學(xué)院電工研究所遭災2006年就研制成功了同時(shí)集成超導限流、超導儲能等多項功能于一體的超導限流儲能裝置，通過(guò)試驗發(fā)現，該裝置能夠在電網(wǎng)正常運行狀態(tài)下以超導儲能為主要作用進(jìn)行運轉，一旦電網(wǎng)出現短路過(guò)流故障，則切換為超導限流器功能，確保電網(wǎng)的安全運行；從美國方面來(lái)看，其將超導限流功能集成到超導電纜中，使得額其額定電壓達到13.8kV，額定電流也達到了4000A，相對當前使用的超導電纜具有更高的容量和電壓等級。
2.3為新能源的并網(wǎng)發(fā)電提供技術(shù)保障服務(wù)。
通過(guò)超導技術(shù)的應用，避免系能源并網(wǎng)發(fā)電對電網(wǎng)穩定性的影響，從而在保證電網(wǎng)穩定性的條件下，使各類(lèi)新能源發(fā)電能夠更好的進(jìn)行并網(wǎng)，為解決日益嚴重的能源危機和環(huán)境問(wèn)題提供了充分的技術(shù)支持。
2.4向超導直流輸電方向發(fā)展。
相對于超導交流輸電來(lái)說(shuō)，超導直流輸電過(guò)程中，因為不存在交流損耗問(wèn)題而具有更高的輸電效率。當輸電容量相同時(shí)，直流輸電具有更高的輸電性?xún)r(jià)比。目前，中日兩國在超導直流輸電方面進(jìn)行非常深入的研究和實(shí)驗工作，其中，中國科學(xué)院電工所當前在建的用于電解鋁廠(chǎng)工地那的超導示范系統，通過(guò)采用超導直流輸電方式，其額定電流達到了10kA，且傳輸距離達到380m；而日本的中部大學(xué)也建成了額定電流達到2kA，傳輸距離達到200m的超導直流輸電線(xiàn)纜。通過(guò)這些示范系統，充分驗證了超導直流輸電的可用性、高效性及經(jīng)濟性，超導輸電也是未來(lái)超導電力技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。
3結束語(yǔ)
總而言之，以可再生能源發(fā)展為主導的能源結構變革以及全球環(huán)境問(wèn)題的日益加劇，無(wú)疑對未來(lái)電網(wǎng)的輸送容量、安全穩定性、電能質(zhì)量以及綜合效率等多個(gè)方面提出了更高的要求。而基于超導體的超導電力技術(shù)，在面對這些挑戰時(shí)發(fā)揮出明顯的技術(shù)優(yōu)勢，這也使得其具有非常廣闊的發(fā)展前景，是未來(lái)電力技術(shù)發(fā)展的主要方向。
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