PDF《超导电力技术即将带来电力工业的革命 3》

3 中国科学院和教育部留学回国人员科研启动经费支持项目 收到初稿 修回 评述 超导电力技术即将带来电力工业的革命

3 肖立业 林良真 中国科学院电工研究所 北京 摘要人们认为 超导体在电力方面出现大规模应用的时间距离我们还非常遥远 然而 随着最近几年来实用高 温超导材料的研制取得重大的进展 高温超导电力技术的应用已经成为现实 预期将在 年左右出现大规模的应 用 并将带来电力工业的革命 因此 下一个 年将是国际超导技术竞争最关键的 年 我国的经济发展很快 电能 需求量增加十分迅速 对电能质量的要求也越来越高 常规电力技术已经无法满足我国电力发展的需要 超导电力技 术是实现我国电力发展目标的必由之路 文章有代表性地介绍了超导电缆 !超导限流器 !超导磁储能系统 !超导变压 器和超导旋转电机等的基本工作原理及研究发展历史 并着重介绍高温超导电力应用研究的现状 !应用前景 !经济可 行性及基本物理问题 关键词 超导电缆 超导限流器 超导磁储能系统 超导变压器 超导电动机 超导发电机 ΣΥΠΕΡ ΧΟΝΔ ΥΧΤΙΝΓ ΠΟ ?ΕΡ ΤΕΧΗΝΟΛΟΓ Ψ ?ΙΛΛ ΛΕΑΔ ΤΗΕ ΠΟ ?ΕΡ ΙΝΔ ΥΣΤΡ Ψ Ρ Ε? ΟΛΥΤΙΟΝ ÷ 2≠

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2 引言 随着经济和社会的发展 人们对电能的需求量 日益增长 根据预测 到年!年和 年 我国的装机容量可分别达到 ? ! ? 和?目前 我国的燃煤发电量约占总发电量的 水力发电量约占总发电量的 核电 !太阳 能发电和风力发电等约占 其中水力发电站大 多集中在西 ! 南部地区 燃煤发电站的多数靠近煤碳 资源比较丰富的地区 电能消耗情况是 电动机的电 能消耗量占总发电量的 ) 而负荷中心大 多数在中 ! 东部及沿海地区 电能需求量的日益增长使得电力系统的容量越 来越大 与此同时人们对电能质量的要求也越来越 高 为了改善电能的质量并提高电力系统的稳定性 和可靠性 要求电力系统各部分电气紧密连接 从而 使电力系统向更大规模的方向发展 加上我国电力 资源的分布不均和负荷分布不均所造成的矛盾日益 突出 使得长 远 距离高压输电成为必要 因此 我 国电力系统的发展趋势是 电力系统的容量越来越 # # 卷年期大电网向超大规模方向发展 在不远的将来 我国 各地区的电网将联成一体 三峡电站建成运行后 这 一趋势将更为明显 然而 由于常规电力设置和电力系统自身存在 着如下一些缺陷 严重地阻碍了电力系统的发展 第一 随着电网容量的增加和规模的不断扩大 电力系统的短路容量越来越大 一般情况下 短路电 流约为额定电流的 倍 不加限制的短路电流对电 气设备和正常的工业生产带来很大的危害 这种危 害甚至可能是灾难性的 因为短路电流在许多电气 设备中会产生高温和很大的洛伦兹力 它所引起的 电压和频率不稳定性将对某些用户产生严重的后 果 不仅如此 巨大的短路电流还可能导致电力系统 的崩溃 目前 在配电系统中广泛采用的快速熔丝不 具备自动复位的功能 在输电系统中尚无有效的限 流设备 从电网的结构上和运行方式上入手来降低 短路电流 其造价非常昂贵 目前 对付短路故障的 办法是用最先进的六氟化硫 ≥? 断路器直接开断 故障线路 这是一种被动的对付短路故障的方法 目前≥? 断路器的最高开断容量约为 要进一 步提高其开断容量是非常困难的 由于受现行技术 的限制 要扩大电网的输送容量与规模 必须对短路 电流采用有效的限制措施 第二 常规发电机组的过载能力较低 并且电力 系统中缺乏能对功率振荡和功率失衡作出快速反应 或补偿 的功能设备 这就使得电力系统的功率只 能维持基本的相对的平衡 因此 一旦电力系统发生 扰动特别是较大的扰动 如短路故障 可能导致严 重的功率失衡 从而引起系统崩溃并对电力系统产 生破坏性的危害 常规电力系统是依赖于机组的惯 性 !继电保护和自动控制来保持系统的稳定性 这一 做法已经不能适应电力系统发展的需要 必须寻找 新的致稳思路 以缓和甚至消除电力系统中的扰动 所造成的影响 第三 常规电力系统的效率受到铜 ! 铝等基本导 电材料的限制 要进一步提高难度很大 我国电网的 功率损耗约占总发电量的