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利用高温超导技术推动我国节能减排与新能源技术的快速发展

编辑 admin / 2009-05-28

超导材料与传统铜、铝等金属材料相比,由于具有零电阻、高通流能力的特性,用其制造的电力设备具有体积小、重量轻、效率高、环保等优点,在能源、电力、交通方面具有重要的应用前景,是推动节能减排与新能源技术发展的最有效途径之一,可在二十一世纪引起电力工业的技术革命。以下是高温超导技术应用的一些例子。

一、高温超导输电电缆

  从长远来看,高温超导电缆最终可用于长距离送电;其近期应用的一个可能是向超大城市中心送电。我国大城市发展迅速,城市需电量快速上升,但市政建设落后,向市区送电十分困难。由于国民环保意识的加强,在市区新建高压架空线已经很难;而我国城市地下管道系统规划水平落后,再铺设大容量的电缆也有很大的难度。与相同直径的常规电缆相比,高温超导电缆的输电能力要大3-5倍,并且不需要通风冷却的通道,因此占用空间小,开挖铺设的工作量少。这样,在市区铺设高温超导电缆会更加经济可行。
  另外,高温超导电缆由于能比相同截面的常规电缆输送大得多的电流,可实现用较低的电压来送相同的电能,也就是说可用配电线路的电压送输电线路的电能来向超大城市供电。例如在城市中心地带很难建造变电站,在这种情况下,可以将变电站建在市中心以外的地方,从变压器的次级用高温超导电缆以较低的电压向市中心送电。研究表明,使用高温超导电缆的综合经济效益也是可接受的。
  在我国,北京云电英纳超导电缆技术有限公司等单位已于2004年研制成了3相、35千伏、2千安、33.5米高温超导电缆并在云南昆明普吉电站实现了并网运行。这组电缆至今还在运行中,是目前世界上并网运行时间最长的高温超导电缆。

二、高温超导风力发电机

  一个特定的风场的发电潜能是一定的,风力发电机的功率越大,其发电效率(发挥风场潜力)就越大。目前我国最大的风力发电机单机容量为2兆瓦左右,国际上最大的为5兆瓦左右,但要用常规技术制造更大功率的风力发电机已经很难。如果将风力发电机的转速降低,可简化(或省掉)变速装置,进一步提高发电效率。但是发电机的转速越低,体积就会越大,会对安装带来很大的困难。高温超导发电机的重量和体积分别为常规电机的1/5-1/3左右,这使得制造更大功率的风力发电机成为可能。当前,英纳超导公司参与的100千瓦高温超导电动机已研制成功,1兆瓦高温超导电动机的项目也正在进行中。

三、高温超导限流器
 
  我国近几年来发电能力和用电量快速发展,但电网建设相对来讲还有不少的不足之处。其中电网的安全性、稳定性和供电质量还有很多可改善的余地。例如,目前一些电网的故障短路电流很大,一旦发生故障而不能及时妥善处理解决,有可能会造成大范围电网的崩溃。高温超导限流器可以起到常规器件起不到的功能,可在极短的时间内将巨大的短路电流限制在电网能承受的范围内,从而提高了电网的安全性,同时也可提高电网的效率。
  北京云电英纳超导电缆技术有限公司等单位于2007年研制成了35千伏、1200安培饱和铁芯式高温超导限流器并在云南昆明普吉电站实现了并网运行。目前,该公司正在研制220千伏高温超导限流器并准备在2009年实现并网。

四、高温超导变压器 

  高温超导变压器与常规变压器相比可降低一定的损耗,不过近期在我国主要应用场合还不是以节能为主要目标,而是利用其体积小、环境友好的特点。例如大城市用变压器很多都安放在室内或地下,将来如果需要电网扩容,换一个容量大但是体积也大的变压器会遇到现有空间的限制,而在室内或地下想扩大空间是相当困难的。虽然高温超导变压器的价格较高,但是如果考虑到省下来的地皮、空间和扩建费用,其综合经济效益还是较好的。另外,我国目前水力发电工程发展很快,不少大型水力发电站都建在偏远山区,交通不便,水电站中最大的设备要数变压器,如果变压器太大了,有可能专门要为其加宽公路。如果能用体积较小的高温超导变压器,可减少水电站的综合投资。

五、高温超导技术在冶炼工业的应用

  我国冶炼和金属加工行业消耗大量的能源,例如2000年钢铁工业用电占全国总用电量的8%左右,但能效和先进国家相比还有较大差距。德国有一个项目是将高温超导感应加热装置用于大型钢管或铝材热挤压设备。在常规热挤压过程中,感应加热的能量的很大一部分加在了感应线圈本身上,以致加热效率很低,只有45%左右。利用一种特殊的高温超导感应线圈可降低感应线圈的损耗,使其加热效率提高到90%左右。

六、高温超导磁悬浮列车

  人们提起磁悬浮列车总是想到高速长距离的轨道交通,然而城市轨道交通用高温超导低速磁悬浮列车有可能会在我国领先进入应用。我国大多数超大型城市内的交通问题都十分严重,道路建设跟不上需求,地下轨道交通不发达,加上道路、建房规划不合理,将来即使想要建更多的道路和轨道交通也会受到很多实际条件的限制。低速的高温超导磁悬浮列车在运行中可以做到无噪声、无振动,使得列车甚至可以在楼群中间穿过而不影响周围环境,这能大幅度地减少安排列车轨道线路所遇到的限制,人们上下班乘坐列车的疲劳感也会减小。低速轨道交通技术含量较低,安全可靠性问题也较容易解决,研发制造成本相对来讲不是太高,一般的我国企业就有能力制造。因此,高温超导低速磁悬浮轨道交通系统将有可能在我国得到较快地发展。

  此外,高温超导磁场储能器、高温超导调相器、高温超导磁粒选矿机等都可起到有效的节能减排作用。
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