電力
超導(dǎo)技術(shù)與電力技術(shù)的結(jié)合將給電力行業(yè)的發(fā)、輸、配電帶來(lái)革命性的改變,電力行業(yè)是超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)最重要的應(yīng)用場(chǎng)所與市場(chǎng)。超導(dǎo)技術(shù)在電力中的應(yīng)用主要包括:
現(xiàn)有電纜的擴(kuò)容問(wèn)題一直困擾著城市電力的發(fā)展。傳統(tǒng)的城市地下輸電電纜存在著通量小、損耗大、對(duì)土壤和地下水有熱污染及油污染、土建費(fèi)用高等問(wèn)題,城市電力擴(kuò)容變得越來(lái)越困難。高溫超導(dǎo)電纜具有體積小、造價(jià)低、高節(jié)能、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益,終將替代傳統(tǒng)電纜。
高溫超導(dǎo)電纜的大規(guī)模應(yīng)用能夠極大地提高電力輸電系統(tǒng)的運(yùn)行效率,降低運(yùn)行成本。目前國(guó)際上高溫超導(dǎo)電纜的總體發(fā)展趨勢(shì)是研制大容量、低交流損耗、超長(zhǎng)高溫超導(dǎo)電纜。據(jù)專(zhuān)家估計(jì),高溫超導(dǎo)電纜最有可能率先實(shí)現(xiàn)實(shí)用化和商業(yè)化。
電動(dòng)機(jī)是最常用的電氣設(shè)備,但傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)耗電量極大。美國(guó)工業(yè)界專(zhuān)家估計(jì),1,000馬力以上的工業(yè)用電動(dòng)機(jī)大約要消耗美國(guó)能源的25%。與常規(guī)電機(jī)相比,超導(dǎo)電機(jī)具有節(jié)能性好、體積小、單機(jī)容量大、造價(jià)及運(yùn)營(yíng)成本低、穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn),具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。供給同樣的功率,超導(dǎo)電機(jī)的尺寸是常規(guī)電機(jī)的1/3,制造成本可降低40%,電流損耗可減少50%,運(yùn)行成本可降低50%。美國(guó)能源部估計(jì),高溫超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)的低損耗每年可減少數(shù)十億美元的運(yùn)行費(fèi)用。 在軍事上戰(zhàn)艦應(yīng)用高溫超導(dǎo)電機(jī),其艦船體積重量更小,空間布置更靈活,推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠,效率更高,控制更方便,調(diào)速性能更好,能大大提高隱蔽性,達(dá)到高速安靜運(yùn)行,具有重要的軍事意義。 常規(guī)變壓器有許多缺點(diǎn),如負(fù)載損耗高、重量和尺寸大、過(guò)負(fù)載能力低、沒(méi)有限流能力、油污染及壽命短等。在美國(guó),變壓器的總裝機(jī)容量約為總發(fā)電量的3-4倍,其電力系統(tǒng)的網(wǎng)損約為總發(fā)電量的7.34%,其中25%為變壓器損失。相比較而言,超導(dǎo)變壓器體積小、重量輕、電壓轉(zhuǎn)換能量效率高、火災(zāi)環(huán)境事故機(jī)率低、無(wú)油污染等優(yōu)點(diǎn),在提高電力系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行性能、降低成本、節(jié)約 能源、保護(hù)環(huán)境等方面有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
限流器(FCL)是一種提高電網(wǎng)穩(wěn)定性的電力設(shè)備。隨著社會(huì)的發(fā)展,對(duì)電網(wǎng)的質(zhì)量要求越來(lái)越高,而傳統(tǒng)的限流器很難在短時(shí)間內(nèi)對(duì)電網(wǎng)的脈沖電流起到限制作用。高溫超導(dǎo)限流器正好禰補(bǔ)了傳統(tǒng)限流器的缺點(diǎn),其限流時(shí)間可小于百微秒級(jí),能快速和有效地起到限流作用。超導(dǎo)限流器是利用超導(dǎo)體的超導(dǎo)態(tài)-常態(tài)轉(zhuǎn)變的物理特性來(lái)達(dá)到限流要求,它可同時(shí)集檢測(cè)、觸發(fā)和限流于一身,被認(rèn)為是當(dāng)前最好的而且也是唯一的行之有效的短路故障限流裝置。 1989年以來(lái),美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、瑞士和日本等都相繼開(kāi)展了高溫超導(dǎo)限流器的研究。當(dāng)前,國(guó)際上適應(yīng)配電系統(tǒng)的高溫超導(dǎo)限流器的技術(shù)性能已經(jīng)接近應(yīng)用的水平,但大體上仍處在示范試驗(yàn)階段。 5)超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置
超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置是利用超導(dǎo)線圈將電磁能直接儲(chǔ)存起來(lái),需要時(shí)再將電磁能返回電網(wǎng)或其他負(fù)載的一種電力設(shè)施。由于儲(chǔ)能線圈由超導(dǎo)線繞制且維持在超導(dǎo)態(tài),線圈中所儲(chǔ)能幾乎無(wú)損耗地永久儲(chǔ)存下去直到需要釋放時(shí)為止。超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置不僅可用于調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的峰谷或解決電網(wǎng)瞬間斷電對(duì)用電設(shè)備的影響,而且可用于降低或消除電網(wǎng)的低頻功率震蕩從而改善電網(wǎng)的電壓和頻率特性,同時(shí)還可用于無(wú)功和功率因數(shù)的調(diào)節(jié)以改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。