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超導儲能技術在繼電保護測試儀中的重要應用前景

發布日期:2014-12-04 |
責任編輯:一只前進的蝸牛

  超導儲能技術(SuperconductingMagneticEnergyStorage,SMES)利用超導線圈產生的電磁場將電磁能直接儲存起來,需要時再將電磁能返回電網或其它負載,可用于充放電時間很短的脈沖能量儲存。由于超導線圈的電阻為零,電能儲存在線圈中幾乎無損耗,其儲能效率高達95%。

  SMES系統最重要的應用就是電力系統。現代電力系統在安全穩定運行方面存在明顯缺陷,原因在于系統中缺乏能夠大量快速存取電能的器件,其致穩保護措施主要依賴于機組的慣性儲能、微機繼電保護測試儀和其他自動控制裝置,基本屬于被動致穩。SMES作為一個可靈活調控的有功功率源,可以主動參與系統的動態行為,既能調節系統阻尼力矩又能調節同步力矩,因而對解決系統滑行失步和振蕩失步均有作用,并能在擾動消除后縮短暫態過渡過程,使系統迅速恢復穩定狀態。由于SMES發出或吸收一定的功率,可用來減小負荷波動或發電機出力變化對電網的沖擊,故可作為敏感負載和重要設備的不間斷電源,同時解決配電網中發生異常或因主網受干擾而引起的配電網向用戶供電中產生異常的問題,改善供電品質。超導儲能響應速度快,能夠最大限度地減少不穩定電力對電網的沖擊。SMES適合用于解決風電、光伏發電系統的并網問題。另外,SMES還可以為電力系統提供備用容量,對于保障電網的安全度及事故后快速恢復供電具有重要作用。當前中國部分地區供電形勢緊張,電網運行處于備用不足的狀態,SMES高效儲能特性可用來儲存應急備用電力;特別是對于個別重要負荷,SMES作為備用容量可以提高電網的安全穩定運行水平。

  超導儲能的優點主要有:①儲能裝置結構簡單,沒有旋轉機械部件和動密封問題,因此設備壽命較長;②儲能密度高,可達到108J/m3,可做成較大功率的系統;③響應速度快(1~100ms),調節電壓和頻率快速且容易;④無噪聲污染,且維護簡單等。

  超導儲能技術的核心在于超導材料。超導材料技術的發展是提升超導儲能技術的前提。已發現的高溫超導材料按成分可分為含銅的和不含銅的。含銅超導材料有鑭鋇銅氧體系(TC=35~40K)、釔鋇銅氧體系(按釔含量不同,TC發生變化。最低為20K,最高可超過90K)、鉍鍶鈣銅氧體系(TC=10~110K)、鉈鋇鈣銅氧體系(TC=125K)、鉛鍶釔銅氧體系(TC約70K);不含銅超導體主要是鋇鉀鉍氧體系(TC約30K)。目前,采用包套管法制備長1.0~2.0km的Ag基Bi系多芯復合超導帶的技術已比較成熟。工程電流密度達到100A/mm2(77K)、長度為100~1000m的Bi系多芯復合導線已實現商品化。美國超導公司已建成年生產能力為900km的Bi系高超導帶材生產線,他們計劃將高溫超導帶材的價格降低到10~25美元/kA˙m。如果這個目標能夠實現,屆時高溫超導儲能技術的各種應用將完全具備實用化推廣的可能。

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