不久前，中國電力科學(xué)研究院自主研發(fā)的高溫超導(dǎo)儲能系統(tǒng)，在國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)動模實驗室成功實現(xiàn)了并網(wǎng)功率補償。這標志著在高溫超導(dǎo)儲能系統(tǒng)電力應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域取得了階段性突破，同時也再次喚起了人們對超導(dǎo)電力技術(shù)及相關(guān)裝備的關(guān)注。
超導(dǎo)儲能研究漸熱
相關(guān)研發(fā)人員說，此次實驗的成功表明我國已自主掌握了第二代高溫超導(dǎo)儲能系統(tǒng)單元構(gòu)造、集成、控制、保護和輸配電工程實際應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)，其研究成果為下一階段開展超導(dǎo)電力應(yīng)用技術(shù)的科研、試驗示范運行、系統(tǒng)分析與評估奠定了堅實的基礎(chǔ)。此前，中國電力科學(xué)研究院還承擔(dān)了“第II代高溫超導(dǎo)儲能單元構(gòu)成關(guān)鍵技術(shù)研究”。
據(jù)介紹，高溫超導(dǎo)儲能系統(tǒng)是一種可實現(xiàn)電能—電能轉(zhuǎn)換的儲能系統(tǒng)，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(zhuǎn)換，具有反應(yīng)速度快、功率密度高以及高效率的優(yōu)點，可以實現(xiàn)與電力系統(tǒng)的實時大容量能量交換和功率補償，在提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量、供電可靠性和動態(tài)穩(wěn)定性方面具有重要的作用。
另外，超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的功率規(guī)模和儲能規(guī)模可以做的很大，并具有系統(tǒng)效率高、技術(shù)較簡單、沒有旋轉(zhuǎn)機械部分、沒有動密封問題等優(yōu)點。超導(dǎo)儲能技術(shù)在進行輸/配電系統(tǒng)的瞬態(tài)質(zhì)量管理、提高瞬態(tài)電能質(zhì)量及電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性和緊急電力事故應(yīng)變等方面具有積極作用，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。
長城證券分析人士認為，超導(dǎo)儲能是國內(nèi)智能電網(wǎng)重要相關(guān)技術(shù)的研究方向之一，但是由于可靠性和經(jīng)濟性的制約，商業(yè)化應(yīng)用還比較遠。目前國內(nèi)風(fēng)光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。
產(chǎn)業(yè)化是關(guān)鍵
實際上，超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用不僅僅局限于儲能系統(tǒng)。超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)限流器等相關(guān)裝備都已獲得一定程度發(fā)展。總體而言，超導(dǎo)電力設(shè)備能最大限度地減少損耗，達到電能高效利用。今年4月，能大幅提高電網(wǎng)供電可靠性和安全性的我國首座超導(dǎo)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(dǎo)儲能系統(tǒng)、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)變壓器和三相交流高溫超導(dǎo)電纜等多種新型超導(dǎo)電力裝置，
有專家認為，超導(dǎo)技術(shù)真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需較長時間。不過，業(yè)內(nèi)也有不同觀點。行業(yè)分析師唐曉斌認為，超導(dǎo)技術(shù)目前已經(jīng)進入產(chǎn)業(yè)化階段。預(yù)計高溫超導(dǎo)中超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)濾波、超導(dǎo)儲能將有可能最先獲得應(yīng)用。
據(jù)了解，超導(dǎo)限流器能在電網(wǎng)短路時，限制短路電流，保護電網(wǎng)。與其他限制短路電流的方式相比，超導(dǎo)限流器具有不改動原有設(shè)計和設(shè)備，運行能耗大幅降低等優(yōu)點。
據(jù)測算，與500千伏空心電抗器對比，超導(dǎo)限流器年節(jié)省電費200萬元，節(jié)省原有設(shè)備改造投入500萬以上。估計超導(dǎo)限流器的市場在600億元。
此外，高溫超導(dǎo)電纜也是超導(dǎo)技術(shù)在電力領(lǐng)域應(yīng)用的一個重要方面。它采用無阻和高電流密度的高溫超導(dǎo)材料作為載流導(dǎo)體，具有載流能力大、損耗低和體積小的優(yōu)點，相同截面積的超導(dǎo)電纜的傳輸容量將比常規(guī)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(tài)下，它也存在一定的損耗，但超導(dǎo)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(guī)電纜降低50%-70%。
有專家曾舉例說，以我國電網(wǎng)傳輸損耗約占發(fā)電容量的7%計算，如果全部采用超導(dǎo)電力電纜，則可以將電網(wǎng)的傳輸損耗減少到大約3.5%以下，效益顯而易見。
唐曉斌認為，第一代和第二代高溫超導(dǎo)材料各有優(yōu)勢。成本方面，目前第一代成本是第二代的1/3，但第二代有潛力降至第一代以下。在應(yīng)用領(lǐng)域方面，除了超導(dǎo)電機需要用第二代外，別的應(yīng)用領(lǐng)域兩種材料基本一致。
優(yōu)勢明顯問題待解
有專家告訴記者，目前常規(guī)電力設(shè)備和電力系統(tǒng)存在著一些自身的局限，這激發(fā)了業(yè)界對超導(dǎo)電力設(shè)備的試驗和研發(fā)。
據(jù)介紹，我國電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是電力系統(tǒng)的容量越來越大，電網(wǎng)向超大規(guī)模方向發(fā)展。隨著電網(wǎng)容量和規(guī)模的不斷擴大，電力系統(tǒng)的短路容量越來越大，這對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行構(gòu)成了很大的威脅。目前，在輸電系統(tǒng)中尚無有效的限流設(shè)備。從電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)上和運行方式上入手來降低短路電流，其造價非常昂貴。超導(dǎo)電力設(shè)備在這方面則具有顯著的優(yōu)勢。
有業(yè)內(nèi)人士指出，常規(guī)電力系統(tǒng)的效率受到銅、鋁等基本導(dǎo)電材料的限制，要進一步提高難度很大。隨著我國電力需求量的增大，網(wǎng)絡(luò)的總損耗將進一步增大。這也需要超導(dǎo)技術(shù)來突破這一局限。
此外，常規(guī)電氣設(shè)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(wǎng)建設(shè)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(dǎo)技術(shù)來破解。
目前，全國有多家科研院所在對超導(dǎo)電力技術(shù)進行攻堅，取得了可喜的成就，如超導(dǎo)電纜從“九五”期間開始研究，已研制出多種類型的高溫超導(dǎo)電纜。多種類型的超導(dǎo)電力設(shè)備都已研制出樣機，一些產(chǎn)品進入示范試驗運行階段。不過，據(jù)記者了解，目前超導(dǎo)電力技術(shù)的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化方面仍面臨一些問題亟待解決。
中國科學(xué)院電工研究所有關(guān)專家表示，超導(dǎo)電力技術(shù)的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化簡而言之面臨三個方面的問題：一是超導(dǎo)材料的臨界溫度還有待提高;二是超導(dǎo)材料的價格還比較高，有的比常規(guī)材料高幾十倍、上百倍;三是超導(dǎo)技術(shù)所應(yīng)用的低溫制冷系統(tǒng)的制備還比較復(fù)雜，且制冷機的免維護壽命較短。與此同時，超導(dǎo)電力裝備的低溫高電壓絕緣技術(shù)、實時檢測技術(shù)、集成技術(shù)、與常規(guī)系統(tǒng)的匹配協(xié)調(diào)運行等也還需要進一步研究。
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