不久前，中國電力科學(xué)研究院自主研發(fā)的高溫超導儲能系統，在國家電網(wǎng)公司電力系統動(dòng)模實(shí)驗室成功實(shí)現了并網(wǎng)功率補償。這標志著(zhù)在高溫超導儲能系統電力應用技術(shù)領(lǐng)域取得了階段性突破，同時(shí)也再次喚起了人們對超導電力技術(shù)及相關(guān)裝備的關(guān)注。
      超導儲能研究漸熱
      相關(guān)研發(fā)人員說(shuō)，此次實(shí)驗的成功表明我國已自主掌握了第二代高溫超導儲能系統單元構造、集成、控制、保護和輸配電工程實(shí)際應用等關(guān)鍵技術(shù)，其研究成果為下一階段開(kāi)展超導電力應用技術(shù)的科研、試驗示范運行、系統分析與評估奠定了堅實(shí)的基礎。此前，中國電力科學(xué)研究院還承擔了“第II代高溫超導儲能單元構成關(guān)鍵技術(shù)研究”。
       據介紹，高溫超導儲能系統是一種可實(shí)現電能—電能轉換的儲能系統，可直接存儲電磁能，沒(méi)有電阻損耗，功率輸送時(shí)無(wú)需能源形式的轉換，具有反應速度快、功率密度高以及高效率的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現與電力系統的實(shí)時(shí)大容量能量交換和功率補償，在提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量、供電可靠性和動(dòng)態(tài)穩定性方面具有重要的作用。
      另外，超導儲能系統的功率規模和儲能規?？梢宰龅暮艽?，并具有系統效率高、技術(shù)較簡(jiǎn)單、沒(méi)有旋轉機械部分、沒(méi)有動(dòng)密封問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)。超導儲能技術(shù)在進(jìn)行輸/配電系統的瞬態(tài)質(zhì)量管理、提高瞬態(tài)電能質(zhì)量及電網(wǎng)暫態(tài)穩定性和緊急電力事故應變等方面具有積極作用，因而具有廣闊的應用前景。
   長(cháng)城證券分析人士認為，超導儲能是國內智能電網(wǎng)重要相關(guān)技術(shù)的研究方向之一，但是由于可靠性和經(jīng)濟性的制約，商業(yè)化應用還比較遠。目前國內風(fēng)光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。
      產(chǎn)業(yè)化是關(guān)鍵
       實(shí)際上，超導技術(shù)的應用不僅僅局限于儲能系統。超導電纜、超導限流器等相關(guān)裝備都已獲得一定程度發(fā)展?？傮w而言，超導電力設備能大限度地減少損耗，達到電能高效利用。今年4月，能大幅提高電網(wǎng)供電可靠性和安全性的我國首座超導變電站，在甘肅省白銀市建成并安全運行。該變電站就集成了超導儲能系統、超導限流器、超導變壓器和三相交流高溫超導電纜等多種新型超導電力裝置。
       有專(zhuān)家認為，超導技術(shù)真正實(shí)現產(chǎn)業(yè)化還需較長(cháng)時(shí)間。不過(guò)，業(yè)內也有不同觀(guān)點(diǎn)。行業(yè)分析師唐曉斌認為，超導技術(shù)目前已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。預計高溫超導中超導限流器、超導濾波、超導儲能將有可能先獲得應用。
據了解，超導限流器能在電網(wǎng)短路時(shí)，限制短路電流，保護電網(wǎng)。與其他限制短路電流的方式相比，超導限流器具有不改動(dòng)原有設計和設備，運行能耗大幅降低等優(yōu)點(diǎn)。
      據測算，與500千伏空心電抗器對比，超導限流器年節省電費200萬(wàn)元，節省原有設備改造投入500萬(wàn)以上。估計超導限流器的市場(chǎng)在600億元。
      此外，高溫超導電纜也是超導技術(shù)在電力領(lǐng)域應用的一個(gè)重要方面。它采用無(wú)阻和高電流密度的高溫超導材料作為載流導體，具有載流能力大、損耗低和體積小的優(yōu)點(diǎn)，相同截面積的超導電纜的傳輸容量將比常規電纜高3-5倍，而電纜本體的焦耳熱損耗非常小。雖然在交流運行狀態(tài)下，它也存在一定的損耗，但超導電纜只要超過(guò)一定長(cháng)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電纜降低50%-70%。
      有專(zhuān)家曾舉例說(shuō)，以我國電網(wǎng)傳輸損耗約占發(fā)電容量的7%計算，如果全部采用超導電力電纜，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(jiàn)。
       唐曉斌認為，一代和第二代高溫超導材料各有優(yōu)勢。成本方面，目前一代成本是第二代的1/3，但第二代有潛力降至一代以下。在應用領(lǐng)域方面，除了超導電機需要用第二代外，別的應用領(lǐng)域兩種材料基本一致。
優(yōu)勢明顯 問(wèn)題待解
       有專(zhuān)家告訴記者，目前常規電力設備和電力系統存在著(zhù)一些自身的局限，這激發(fā)了業(yè)界對超導電力設備的試驗和研發(fā)。
據介紹，我國電力系統的發(fā)展趨勢是電力系統的容量越來(lái)越大，電網(wǎng)向超大規模方向發(fā)展。隨著(zhù)電網(wǎng)容量和規模的不斷擴大，電力系統的短路容量越來(lái)越大，這對電力系統的安全穩定運行構成了很大的威脅。目前，在輸電系統中尚無(wú)有效的限流設備。從電網(wǎng)的結構上和運行方式上入手來(lái)降低短路電流，其造價(jià)非常昂貴。超導電力設備在這方面則具有顯著(zhù)的優(yōu)勢。
有業(yè)內人士指出，常規電力系統的效率受到銅、鋁等基本導電材料的限制，要進(jìn)一步提高難度很大。隨著(zhù)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。這也需要超導技術(shù)來(lái)突破這一局限。
       此外，常規電氣設備占地面積大，而人口密集的大中城市正是負荷中心。隨著(zhù)電能需求不斷增長(cháng)，電網(wǎng)建設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技術(shù)來(lái)破解。
       目前，全國有多家科研院所在對超導電力技術(shù)進(jìn)行攻堅，取得了可喜的成就，如超導電纜從“九五”期間開(kāi)始研究，已研制出多種類(lèi)型的高溫超導電纜。多種類(lèi)型的超導電力設備都已研制出樣機，一些產(chǎn)品進(jìn)入示范試驗運行階段。不過(guò)，據記者了解，目前超導電力技術(shù)的應用和產(chǎn)業(yè)化方面仍面臨一些問(wèn)題亟待解決。
      中國科學(xué)院電工研究所有關(guān)專(zhuān)家表示，超導電力技術(shù)的應用和產(chǎn)業(yè)化簡(jiǎn)而言之面臨三個(gè)方面的問(wèn)題：一是超導材料的臨界溫度還有待提高;二是超導材料的價(jià)格還比較高，有的比常規材料高幾十倍、上百倍;三是超導技術(shù)所應用的低溫制冷系統的制備還比較復雜，且制冷機的免維護壽命較短。與此同時(shí)，超導電力裝備的低溫高電壓絕緣技術(shù)、實(shí)時(shí)檢測技術(shù)、集成技術(shù)、與常規系統的匹配協(xié)調運行等也還需要進(jìn)一步研究。