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超導(dǎo)限流器的超導(dǎo)限流器的應(yīng)用

maylee ? ? 閱讀 1829
導(dǎo)讀：超導(dǎo)限流器的超導(dǎo)限流器的應(yīng)用 “高溫”超導(dǎo)材料都用于什么地方？

目前，電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大，互聯(lián)程度日益增強(qiáng)，短路電流也隨之增大，現(xiàn)有繼電保護(hù)措施面臨瓶頸，常規(guī)限流器影響電能質(zhì)量，超導(dǎo)限流器向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化顯得非常迫切。調(diào)查顯示，國(guó)內(nèi)超導(dǎo)技術(shù)主要掌握在北京云電英納技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)手中，其與百利機(jī)電集團(tuán)合作研發(fā)的35KV超導(dǎo)限流器已在云南普吉變電站掛網(wǎng)運(yùn)行，并成功經(jīng)受了3次人為短路故障的檢驗(yàn)。220KV超導(dǎo)限流器也已研發(fā)成功，只待掛網(wǎng)運(yùn)行。從應(yīng)用范圍來(lái)看，超導(dǎo)限流器可安裝于發(fā)電廠、輸電網(wǎng)、變電站等場(chǎng)所。預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)首先應(yīng)用于變電站，尤其是220KV及以上的變電站。我們估計(jì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模在1700億-2800億元，利潤(rùn)空間在600億-1000億元。

“高溫”超導(dǎo)材料都用于什么地方？

自2008年初第一個(gè)鐵基高溫超導(dǎo)材料誕生以來(lái)，全世界已有數(shù)百位科學(xué)家加入鐵基高溫超導(dǎo)材料研究的大軍。　　而一旦高溫超導(dǎo)能夠取得突破，甚至實(shí)現(xiàn)常溫超導(dǎo)夢(mèng)，也許我們每個(gè)人的生活和所處的整個(gè)時(shí)代，都會(huì)為之改變。超導(dǎo)材料研究展望 從超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展的歷程來(lái)看，新的更高轉(zhuǎn)變溫度材料的發(fā)現(xiàn)和制造工藝技術(shù)突破都有可能。目前高溫超導(dǎo)材料正從研究階段向應(yīng)用發(fā)展階段轉(zhuǎn)變，未來(lái)的十年是市場(chǎng)發(fā)展和高溫超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)化的十年。超導(dǎo)技術(shù)作為一類有重大發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用技術(shù)，已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用開(kāi)發(fā)與應(yīng)用基礎(chǔ)性研究相互推動(dòng)，逐步發(fā)展為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的階段。各主要國(guó)家的政府與企業(yè)界都投入較大力量，競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。美國(guó)能源部認(rèn)為：超導(dǎo)電力技術(shù)是在21世紀(jì)電力工業(yè)唯一的高技術(shù)儲(chǔ)備。而日本新能源開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)則認(rèn)為發(fā)展高溫超導(dǎo)電力技術(shù)是在21世紀(jì)的高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中保持尖端優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵所在。根據(jù)國(guó)際超導(dǎo)科技界和相關(guān)產(chǎn)業(yè)部門的預(yù)測(cè)：2010年，全球超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)將達(dá)到260億美元，到2020年，將達(dá)到2400億美元以上。因此，超導(dǎo)技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)具有戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)。 據(jù)最新2003年美國(guó)高溫超導(dǎo)材料市場(chǎng)分析與預(yù)測(cè)報(bào)告，全世界高溫超導(dǎo)元器件將會(huì)由2010年的5億美元的市場(chǎng)規(guī)模激增到2020年的100億美元。在高溫超導(dǎo)電力技術(shù)商品化領(lǐng)域，最早進(jìn)入應(yīng)用的可能是故障限流器。增幅最快的將是超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)，其市場(chǎng)占有率會(huì)由2006年的1%快速增長(zhǎng)到2020年的79%。到2020年，其它超導(dǎo)電力設(shè)備的市場(chǎng)占有率分別是：超導(dǎo)變壓器(76%)，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)(50%)以及輸電電纜(80%)。可以認(rèn)為：超導(dǎo)技術(shù)將是21世紀(jì)具有經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。一旦高溫超導(dǎo)能夠取得突破，甚至實(shí)現(xiàn)常溫超導(dǎo)夢(mèng)，也許我們每個(gè)人的生活和所處的整個(gè)時(shí)代，都會(huì)為之改變。

應(yīng)用進(jìn)展 超導(dǎo)電性的實(shí)際應(yīng)用從根本上取決于超導(dǎo)材料的性能。與實(shí)用低溫超導(dǎo)材料相比，高溫超導(dǎo)材料的最大優(yōu)勢(shì)在于它應(yīng)用于液氮溫區(qū)。20世紀(jì)90年代，隨著第一代Bi系高溫超導(dǎo)材料的商業(yè)化，美國(guó)、日本、歐洲和中國(guó)等國(guó)和相關(guān)大公司都投入大量的人力和資金，開(kāi)展高溫超導(dǎo)電力應(yīng)用研究，相繼開(kāi)展了超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)輸電電纜和超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置等的研究，并取得了許多實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。 1.電流引線 在給低溫環(huán)境下工作的超導(dǎo)磁體和電力設(shè)備供電時(shí)，由低溫到高溫之間的電流引線會(huì)消耗許多液氦。高溫超導(dǎo)體由于臨界溫度高，熱導(dǎo)率低，可以在超導(dǎo)態(tài)下給磁體供電，從而把由低溫區(qū)到高溫區(qū)的熱漏減少到了極小的程度。目前用作電流引線的材料主要有Bi-2212及Bi-2223的棒、管和帶材、以及熔融法YBCO棒材。目前電流引線已成功地用于微型致冷機(jī)冷卻的NbTi及Nb3Sn磁體系統(tǒng)，第一次實(shí)現(xiàn)了不需用液氦的超導(dǎo)磁體應(yīng)? ?。 2.磁體 高溫超導(dǎo)磁體在MRI、NMR、磁懸浮列車、磁分離技術(shù)、高能加速器、磁性掃雷技術(shù)和磁流體推動(dòng)技術(shù)等方面有重要的應(yīng)用價(jià)值。美國(guó)超導(dǎo)體（AMSC）公司研制了一個(gè)利用機(jī)械致冷機(jī)冷卻的高溫超導(dǎo)磁體，在27 K零外場(chǎng)下能產(chǎn)生2.16 T的磁場(chǎng)。最近，日本住友電工將Bi系多芯帶繞制的四雙餅高溫超導(dǎo)磁體插入NbTi及Nb3Sn組合磁體中，在4.2K產(chǎn)生了常規(guī)低溫超導(dǎo)體無(wú)法實(shí)現(xiàn)的24T的磁場(chǎng)，已能滿足1GHz核磁共振磁體要求。Bi-2212線材繞制線圈和磁體是目前研究的重點(diǎn)之一。Bi-2212具有較高的臨界溫度，用這種材料繞制的磁體具有高的穩(wěn)定性和可靠性，因此，這種磁體能夠在廣闊的范圍內(nèi)得到應(yīng)用。 3.輸電電纜 高溫超導(dǎo)電纜具有體積小、重量輕、損耗低和傳輸容量大的優(yōu)點(diǎn)，從20世紀(jì)90年代起，美國(guó)、日本和丹麥等國(guó)都相繼開(kāi)展這方面的研究，并進(jìn)行示范性實(shí)驗(yàn)。2004年，日本東京電力公司研制出500m長(zhǎng)、77kV／1kA單芯高溫超導(dǎo)電纜。2004年l2月，中國(guó)科學(xué)院電工研究所與甘肅長(zhǎng)通電纜公司等合作研制成功75m、10．5 kV／1．5kA交流高溫超導(dǎo)電纜，并接入到甘肅長(zhǎng)通電纜公司6kV配電網(wǎng)中向車間供電運(yùn)行，如圖2所示。云電英納超導(dǎo)電纜公司也于2004年完成33m長(zhǎng)、35kV／2kA高溫超導(dǎo)交流電纜的開(kāi)發(fā)，安裝在云南普吉變電站中運(yùn)行。目前美國(guó)Southwire，AMSC公司等預(yù)計(jì)在2006年分別研制出200m、13.5kv／3kA，350m、34.5kv／0.8kA和660m、l38kv／2.4kA的三相高溫超導(dǎo)交流電纜并將投入實(shí)際運(yùn)行。 4.故障限流器 在電廠，高壓輸電、低壓配電等電力系統(tǒng)中，有時(shí)會(huì)因閃電轟擊，設(shè)備故障等引起短路，對(duì)50Hz的電力系統(tǒng)而言，一旦發(fā)生短路，不可避免會(huì)產(chǎn)生很大的故障電流，為此電路上必須配有限流裝置。中國(guó)、美國(guó)、日本、德國(guó)、法國(guó)等都在從事高溫超導(dǎo)故障限流器的開(kāi)發(fā)，并取得了較大進(jìn)展。如2005年中國(guó)科學(xué)院電工研究所研制成功l0.5kV／1.5kA新型橋路式高溫超導(dǎo)限流器，并于2005年8月安裝在湖南婁底的110kV／l0.5kV變電站中進(jìn)行短路和運(yùn)行試驗(yàn)。 5. 變壓器 高溫超導(dǎo)變壓器與常規(guī)變壓器相比有體積小重量輕的優(yōu)點(diǎn)，它采用液氮作冷卻劑，沒(méi)有污染環(huán)境或火災(zāi)的隱患。90年代，美國(guó)、日本以及歐洲ABB公司等都在致力研究電力系統(tǒng)用的高溫超導(dǎo)變壓器。2001年，德國(guó)Siemens公司已研制、試驗(yàn)成功用于鐵路機(jī)車的1MVA高溫超導(dǎo)變壓器樣機(jī)。中國(guó)科學(xué)院電工研究所研制成功630kVA、10.5kV(34.6A)／400V(909A)的高溫超導(dǎo)變壓器示范樣機(jī)，并已于2005年12月在新疆特變電工股份有限公司并網(wǎng)運(yùn)行試驗(yàn)，向車間供電。 6.高溫超導(dǎo)器件應(yīng)用 高溫氧化物超導(dǎo)體的出現(xiàn)，無(wú)疑給超導(dǎo)電子學(xué)帶來(lái)了更為廣闊的應(yīng)用前景。常規(guī)超導(dǎo)電子器件早已顯示出巨大的優(yōu)越性，超導(dǎo)量子干涉器件用于測(cè)量微弱磁場(chǎng)，靈敏度可比常規(guī)儀器高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，這使得它在生物磁性測(cè)量、尋找礦藏等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用，超導(dǎo)隧道效應(yīng)使微波接收機(jī)的靈敏度大大提高，超導(dǎo)薄膜數(shù)字電路可用來(lái)制造高速、超小體積的大型計(jì)算機(jī)，但由于常規(guī)超導(dǎo)器件工作在液氦溫區(qū)或致冷機(jī)所能達(dá)到的溫度（10-20K）下，這個(gè)溫區(qū)的獲得和維持成本相當(dāng)高，技術(shù)也復(fù)雜，因而使用常規(guī)超導(dǎo)器件的應(yīng)用范圍受到了很大的限制。

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