樂清市森正電器廠
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超導(dǎo)儲能研究漸熱
據(jù)相關(guān)研發(fā)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(dǎo)儲能系統(tǒng)單元構(gòu)造、集成、控制、保護(hù)和輸配電工程應(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(yùn)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“第二代高溫超導(dǎo)儲能 單元構(gòu)成關(guān)鍵技術(shù)研究”課題。
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(bǔ)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)?？梢宰龅暮艽?，并具有系統(tǒng)效率高、技術(shù)較簡單、沒有旋轉(zhuǎn)機(jī)械部分、沒有動密封問題等優(yōu)點。超導(dǎo)儲能技術(shù)在進(jìn)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、電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性、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(rèn)為，超導(dǎo)儲能是智能電網(wǎng)技術(shù)的研究方向之一，但是由于可靠性和經(jīng)濟(jì)性的制約，商業(yè)化應(yīng)用還比較遠(yuǎn)。目前，國內(nèi)風(fēng)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(dǎo)電氣設(shè)備產(chǎn)業(yè)化
華泰聯(lián)合研究員唐曉斌表示，超導(dǎo)目前已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。高溫超導(dǎo)材料和低溫超導(dǎo)材料應(yīng)用領(lǐng)域并不一致，預(yù)計高溫超導(dǎo)中的超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)濾 波、超導(dǎo)儲能技術(shù)將有可能最先獲得應(yīng)用。低溫超導(dǎo)中的主要用于核磁共振（MRI）、可控核聚變磁場線圈（ITER）技術(shù)也已經(jīng)成熟，但是市場較小。
唐曉斌認(rèn)為，一、超導(dǎo)限流器能在電網(wǎng)短路時，限制短路電流，保護(hù)電網(wǎng)。保守預(yù)計，廣東電網(wǎng)在2015年會有60個變電站短路電流超過設(shè)計的安全 標(biāo)準(zhǔn)。華東等電力負(fù)荷大區(qū)也有同樣的問題。與其他限制短路電流的方式相比，超導(dǎo)限流裝置有不改動原有設(shè)計和設(shè)備，運(yùn)行能耗大幅降低等優(yōu)點。他測算，與 500kV空心電抗器對比，超導(dǎo)限流器每年將節(jié)省電費達(dá)200萬元，節(jié)省原有設(shè)備改造投入500萬元以上。估計超導(dǎo)限流器的市場在600億元。
二、超導(dǎo)濾波器是移動通信基站靜態(tài)擴(kuò)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(dǎo)濾波屬于成熟技術(shù)。美國目 前已經(jīng)裝備了6000臺超導(dǎo)濾波器。我國目前生產(chǎn)的超導(dǎo)濾波器還主要是應(yīng)用于軍事雷達(dá)、軍事通信方面。民用方面，聯(lián)通公司已經(jīng)在北京和唐山的試點基站安裝 了超導(dǎo)濾波器，成功運(yùn)行4年以上。隨著移動通信數(shù)據(jù)傳輸量的大幅度增加，超導(dǎo)濾波器必將進(jìn)入移動通信基站。保守估計超導(dǎo)濾波器的市場在375億元。
三、超導(dǎo)儲能主要用于解決風(fēng)電、光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)問題。超導(dǎo)儲能響應(yīng)速度快，可以快速根據(jù)電源放電狀況收/放電能。目前國家電網(wǎng)資助的中國電科院（300215）“第二代高溫超導(dǎo)儲能單元構(gòu)成關(guān)鍵技術(shù)研究”項目驗收已經(jīng)獲得通過。在美國和日本，超導(dǎo)儲能已經(jīng)有10例以上的應(yīng)用。由于超導(dǎo)儲能主要用于調(diào)節(jié)電能質(zhì)量，與抽水蓄能等大規(guī)模的能量儲存手段，并不矛盾。
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三分之一，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(jī)需要用第二代外，別的應(yīng)用領(lǐng)域兩種材料基本一致。
產(chǎn)業(yè)化是關(guān)鍵
實際上，超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用不僅局限于儲能系統(tǒng)。在超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)限流器方面也都獲得一定程度發(fā)展?？傮w而言，超導(dǎo)電氣設(shè)備能最大限度地減少損耗，達(dá)到電能的高效利用。
今年4月，能大幅度提高電網(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(yùn)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(rèn)為，超導(dǎo)技術(shù)真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需要較長時間。不過，業(yè)內(nèi)也有不同觀點。唐曉斌認(rèn)為，超導(dǎo)技術(shù)目前已經(jīng)進(jìn)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。
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(yùn)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%。
有專家曾計算過，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。
三大問題待解
有專家告訴記者，目前常規(guī)電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)存在著自身的局限，這激發(fā)了業(yè)界對超導(dǎo)電氣設(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(kuò)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(yùn)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)和運(yùn)行方式入手來降低短路電流，其造價非常昂貴。 超導(dǎo)電氣設(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(jìn)一步降低導(dǎo)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(wǎng)絡(luò)的總損耗將進(jìn)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(fù)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(jìn)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)電氣設(shè)備都已研制出樣機(jī)，一些產(chǎn)品進(jìn)入示范試驗運(yùn)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)院電工研究所專家表示，超導(dǎo)電力技術(shù)的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化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(jī)的免維護(hù)壽命較短。與此同時，超導(dǎo)電氣裝備的低溫高電 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(yùn)行等，也還需要進(jìn)一步研究。
超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)“十年十倍”
我國新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃尚在征求意見之際，而被譽(yù)為“十年十倍”的超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)卻已紛紛搶跑。
今年5月27日，蘇州工業(yè)園區(qū)舉行的園區(qū)開發(fā)建設(shè)17周年慶祝儀式上，包括蘇州力鼎新材料等公司在內(nèi)的29個項目集體開工、開業(yè)。蘇州力鼎新材料公司是國內(nèi)首家開發(fā)第二代超導(dǎo)線材的企業(yè)。
不僅是蘇州力鼎新材料公司，就在5月中旬，陜西西部超導(dǎo)材料公司與中科院高能物理研究所簽署了合作框架協(xié)議，開啟了特殊超導(dǎo)線材的國產(chǎn)化進(jìn)程。此外，國家電網(wǎng)正籌建一條長約1公里、110kV高溫超導(dǎo)電纜示范項目，計劃2012年建成。
在各方紛紛布局超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的背后，是看中該產(chǎn)業(yè)的廣闊市場。
國家智能電網(wǎng)的發(fā)展，對超導(dǎo)材料帶來實質(zhì)需求。華泰聯(lián)合的研究報告則顯示，未來十年，隨著我國電網(wǎng)和非電網(wǎng)市場的超導(dǎo)應(yīng)用，市場規(guī)模將超過 2000億元。新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃顯示，目前我國新材料產(chǎn)業(yè)占國內(nèi)生產(chǎn)總值15%，預(yù)計未來五年的增速將保持在20%以上。
而據(jù)國際超導(dǎo)工業(yè)界的數(shù)據(jù)顯示，2010年，全球超導(dǎo)電力技術(shù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值約75億美元，預(yù)計到2020年，該產(chǎn)值將達(dá)750億美元，也就是說，超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)有望迎來“十年十倍”的迅猛增長。
就在超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)紛紛落地之時，記者了解到，正在征求意見的新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃明確提出，新材料產(chǎn)業(yè)的重點行業(yè)包括航空航天、能源資源、交通運(yùn)輸、重大裝備等領(lǐng)域急需的碳纖維、半導(dǎo)體材料、高溫合金材料、超導(dǎo)材料、高性能稀土材料、納米材料等。
值得一提的是，該發(fā)展規(guī)劃提出，對重點發(fā)展的行業(yè)將給予更多的政策支持，包括產(chǎn)業(yè)基金、財政貼息、信貸支持等，這為包括超導(dǎo)在內(nèi)的新材料行業(yè)加快發(fā)展插上翅膀。
