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| 超导技术引领电气设备换代 |
| 时间：2011/7/14 |
不久前，中国电力(行情,资讯,评论)科学研究院自主研发的高温超导储能系统，在国家电网公司电力系统动模实验室实现了并网功率补偿。这标志着我国在高温超导储能系统应用技术领域取得了阶段性突破，同时唤起了人们对超导电力技术及装备的关注。
超导储能研究渐热
据相关研发人员介绍，此次实验的成功，表明我国已自主掌握了第二代高温超导储能系统单元构造、集成、控制、保护和输配电工程应用等关键技术，其研究成果为下一阶段开展超导电力应用技术的科研、试验示范运行、系统分析与评估奠定了坚实的基础。此前，中国电力科学研究院还承担了“第二代高温超导储能单元构成关键技术研究”课题。
高温超导储能系统是一种可实现电能—电能转换的储能系统，可直接存储电磁能，没有电阻损耗，功率输送时无需能源形式的转换，具有反应速度快、功率密度高以及高效率的优点，可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿，在提高电网的电能质量、供电可靠性和动态稳定性方面具有重要的作用。
另外，超导储能系统的功率规模和储能规模可以做的很大，并具有系统效率高、技术较简单、没有旋转机械部分、没有动密封问题等优点。超导储能技术在进行输/配电系统的瞬态质量管理、提高瞬态电能质量、电网暂态稳定性、紧急电力事故应变等方面具有积极作用，因而具有广阔的应用前景。
长城证券分析人士认为，超导储能是智能电网技术的研究方向之一，但是由于可靠性和经济性的制约，商业化应用还比较远。目前，国内风电、光电储能项目的储能方式还是以锂电池为主，辅助以钠硫电池、液流电池储能。
超导电气设备产业化
华泰联合研究员唐晓斌表示，超导目前已经进入产业化阶段。高温超导材料和低温超导材料应用领域并不一致，预计高温超导中的超导限流器、超导滤波、超导储能技术将有可能最先获得应用。低温超导中的主要用于核磁共振(MRI)、可控核聚变磁场线圈(ITER)技术也已经成熟，但是市场较小。
唐晓斌认为，一、超导限流器能在电网短路时，限制短路电流，保护电网。保守预计，广东电网在2015年会有60个变电站短路电流超过设计的安全标准。华东等电力负荷大区也有同样的问题。与其他限制短路电流的方式相比，超导限流装置有不改动原有设计和设备，运行能耗大幅降低等优点。他测算，与500kV空心电抗器对比，超导限流器每年将节省电费达200万元，节省原有设备改造投入500万元以上。估计超导限流器的市场在600亿元。
二、超导滤波器是移动通信基站静态扩容的重要手段。它提高移动通信基站覆盖面积一倍，同时降低掉话率50%以上。超导滤波属于成熟技术。美国目前已经装备了6000台超导滤波器。我国目前生产的超导滤波器还主要是应用于军事雷达、军事通信方面。民用方面，联通公司已经在北京和唐山的试点基站安装了超导滤波器，成功运行4年以上。随着移动通信数据传输量的大幅度增加，超导滤波器必将进入移动通信基站。保守估计超导滤波器的市场在375亿元。
三、超导储能主要用于解决风电、光伏发电系统的并网问题。超导储能响应速度快，可以快速根据电源放电状况收/放电能。目前国家电网资助的中国电科院 （300215 股吧,行情,资讯,主力买卖）“第二代高温超导储能单元构成关键技术研究”项目验收已经获得通过。在美国和日本，超导储能已经有10例以上的应用。由于超导储能主要用于调节电能质量，与抽水蓄能等大规模的能量储存手段，并不矛盾。
第一代和第二代高温超导材料各有优势。成本方面，目前第一代成本是第二代的三分之一，但第二代有潜力降至第一代以下。在应用领域方面，除了超导电机需要用第二代外，别的应用领域两种材料基本一致。
产业化是关键
实际上，超导技术的应用不仅局限于储能系统。在超导电缆、超导限流器方面也都获得一定程度发展。总体而言，超导电气设备能最大限度地减少损耗，达到电能的高效利用。
今年4月，能大幅度提高电网供电可靠性和安全性的我国首座超导变电站，在甘肃省白银市建成并安全运行。该变电站就集成了超导储能系统、超导限流器、超导变压器和三相交流高温超导电缆等多种新型超导电力装置。
有专家认为，超导技术真正实现产业化还需要较长时间。不过，业内也有不同观点。唐晓斌认为，超导技术目前已经进入产业化阶段。预计高温超导中超导限流器、超导滤波、超导储能将有可能最先获得应用。
高温超导电缆也是超导技术在电力领域应用的一个重要方面。它采用无阻和高电流密度的高温超导材料作为载流导体，具有载流能力大、损耗低和体积小的优点，相同截面积的超导电缆的传输容量将比常规电缆高3~5倍，而电缆本体的焦耳热损耗非常小。虽然在交流运行状态下，它也存在一定的损耗，但超导电缆只要超过一定长度后，即使考虑到低温冷却和终端所需的电能消耗，其输电损耗也将比常规电缆降低50%～70%。
有专家曾计算过，以我国电网传输损耗约占发电容量的7%计算，如果全部采用超导电缆，则可以将电网的传输损耗减少到大约3.5%以下，效益显而易见。
三大问题待解
有专家告诉记者，目前常规电气设备和电力系统存在着自身的局限，这激发了业界对超导电气设备的试验和研发。
据介绍，我国电力系统的发展趋势是电力系统的容量越来越大，电网向超大规模方向发展。随着电网容量和规模的不断扩大，电力系统的短路容量越来越大，这对电力系统的安全稳定运行构成了很大的威胁。目前，在输电系统中尚无有效的限流设备。从电网的结构和运行方式入手来降低短路电流，其造价非常昂贵。超导电气设备在这方面则具有显著的优势。
有业内人士指出，常规电力系统的效率受到铜、铝等基本导电材料的限制，要进一步降低导电材料的自身耗电，难度很大。随着我国电力需求量的增大，网络的总损耗将进一步增大。这也需要超导技术来突破这一局限。
此外，常规电气设备占地面积大，而人口密集的大中城市正是负荷中心。随着电能需求不断增长，电网建设占地的需求量也随之增大。城市用地紧张和供电难的矛盾，同样也需要超导技术来破解。
目前，全国有多家科研院所在对超导电力技术进行攻坚，取得了可喜的成就。
如超导电缆从“九五”期间开始研究，已研制出多种类型的高温超导电缆。多种类型的超导电气设备都已研制出样机，一些产品进入示范试验运行阶段。不过，据记者了解，目前超导电力技术的应用和产业化方面，仍面临一些问题亟待解决。
中国科学院电工研究所专家表示，超导电力技术的应用和产业化面临三个方面的问题：一是超导材料的临界温度还有待提高；二是超导材料的价格还比较高，有的比常规材料高几十倍、上百倍；三是超导技术所应用的低温制冷系统的制备还比较复杂，且制冷机的免维护寿命较短。与此同时，超导电气装备的低温高电压绝缘技术、实时检测技术、集成技术、与常规系统的匹配协调运行等，也还需要进一步研究。
超导产业“十年十倍”
我国新材料产业“十二五”发展规划尚在征求意见之际，而被誉为“十年十倍”的超导产业却已纷纷抢跑。
今年5月27日，苏州工业园区举行的园区开发建设17周年庆祝仪式上，包括苏州力鼎新材料等公司在内的29个项目集体开工、开业。苏州力鼎新材料公司是国内首家开发第二代超导线材的企业。
不仅是苏州力鼎新材料公司，就在5月中旬，陕西西部超导材料公司与中科院高能物理研究所签署了合作框架协议，开启了特殊超导线材的国产化进程。此外，国家电网正筹建一条长约1公里、110kV高温超导电缆示范项目，计划2012年建成。
在各方纷纷布局超导产业的背后，是看中该产业的广阔市场。
国家智能电网的发展，对超导材料带来实质需求。华泰联合的研究报告则显示，未来十年，随着我国电网和非电网市场的超导应用，市场规模将超过2000亿元。新材料产业“十二五”发展规划显示，目前我国新材料产业占国内生产总值15%，预计未来五年的增速将保持在20%以上。
而据国际超导工业界的数据显示，2010年，全球超导电力技术产业产值约75亿美元，预计到2020年，该产值将达750亿美元，也就是说，超导产业有望迎来“十年十倍”的迅猛增长。
就在超导产业纷纷落地之时，记者了解到，正在征求意见的新材料产业“十二五”发展规划明确提出，新材料产业的重点行业包括航空航天、能源资源、交通运输、重大装备等领域急需的碳纤维、半导体材料、高温合金材料、超导材料、高性能稀土材料、纳米材料等。
值得一提的是，该发展规划提出，对重点发展的行业将给予更多的政策支持，包括产业基金、财政贴息、信贷支持等，这为包括超导在内的新材料行业加快发展插上翅膀。
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