試論超導技術(shù)在未來電網(wǎng)中的應(yīng)用

方向東+聞建平

摘要：本文對超導技術(shù)在未來電網(wǎng)中的應(yīng)用進行了全方位的剖析，首先簡要分析了未來電網(wǎng)所面臨可再生能源發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)，其次深入闡釋了超導技術(shù)的科學內(nèi)涵與基本知識，接著列舉了超導技術(shù)在電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，最后筆者在結(jié)合自身多年專業(yè)理論知識與實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出了建設(shè)性的有效策略。希望本文可以在一定程度上為相關(guān)的專業(yè)學者提供參考與借鑒，如有不足之處，還望批評指正。

關(guān)鍵詞：超導技術(shù)；未來電網(wǎng)；應(yīng)用；探究分析

1.未來電網(wǎng)所面臨可再生能源發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)

近年來，可再生能源得到了突飛猛進的進步，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展使得電力需求日益擴大，這就使得人們認識到可再生能源的潛在力，它的主要利用方式就是發(fā)電，它也逐步使得化石能源退出歷史舞臺，因此，可再生能源發(fā)展對未來電網(wǎng)帶來了嚴重的挑戰(zhàn)，集中體現(xiàn)在以下幾點：首先，常規(guī)電氣設(shè)備占地大，而我國的人口密度很高，電網(wǎng)建設(shè)就面臨著挑戰(zhàn)；其次，我國電力網(wǎng)絡(luò)損耗嚴重，因此需要提升電網(wǎng)的效率與降低損耗，減少遠距離輸送帶來的傳輸損耗；再者，電網(wǎng)安全穩(wěn)定性與不可預(yù)知性會導致用電事故的頻發(fā)，這就需要充分整合各種綠色資源的時空互補性；最后，一般負荷中心與蘊藏豐富可再生能源地域的距離都比較的遠，這就使得大容量傳輸電力有廣闊的發(fā)展前景，如果缺少新型的電力輸送技術(shù)，就會激化用地矛盾。

2.超導技術(shù)的科學內(nèi)涵與基本知識

2.1超導體的三種顯著特性

本文對超導技術(shù)在未來電網(wǎng)中的應(yīng)用進行探究分析就必須要熟知超導體的三種顯著屬性，主要有以下三種：一是約瑟夫森效應(yīng)，它的與眾不同就在于它的電子隧道效應(yīng)不一樣，它的應(yīng)用范圍主要集中在微弱電磁場測量等區(qū)域，更多的是超導電子學；二是零電阻，電子在高速運轉(zhuǎn)中會與各種雜亂無章的原子發(fā)生摩擦撞擊而無秩序且加劇能量的損耗，這就是所謂的電阻，一般情況下，溫度的高低決定著電阻的大小，電子的運動方向在沒有外加電場的干擾之下是沒有方向性的；三是邁斯納效應(yīng)，它指的是超導體內(nèi)部的磁場感應(yīng)強度是零，它更多的應(yīng)用于磁屏蔽與磁懸浮等領(lǐng)域中，此外，超導體還有三個臨界值，即臨界磁場、臨界電流密度、臨界溫度。

2.2實用超導線材

超導技術(shù)的典型優(yōu)勢就是可以為我國的電網(wǎng)系統(tǒng)提供大容量與低損耗的電能流量，并能同時確保電力遠距離傳輸?shù)陌踩€(wěn)定性，而這都是與實用超導線材有著密不可分的聯(lián)系，實用超導線材分為低溫超導線材、高溫超導體、超導線材中的交流損耗。首先，高溫超導體是有陶瓷性質(zhì)的金屬氧化物超導體，它多分布于液氮溫區(qū)，它的交流損耗與拉伸性都比較好，還可以統(tǒng)籌兼顧好臨界磁場強度、資金成本、機械性能三者之間的動態(tài)平衡；其次，低溫超導線材能提高超導的安全穩(wěn)定性，它是若干根單股線絞合成通電容量更大的實用導體，加強了機械的強硬度；再者，超導線材中的交流損耗能防止細絲間的超導接觸進而削弱電磁耦合，將超導體的幾何尺寸控制在合理范圍之內(nèi)。

2.3超導體內(nèi)部的電磁特性

所謂的超導體內(nèi)部的電磁特性也在超導技術(shù)中發(fā)揮著重要的作用，主要集中表現(xiàn)在以下四個方面：第一，磁滯損耗，磁滯損耗在超導體中往往與導體幾何尺寸的大小成正比例關(guān)系，磁滯是因為釘扎力而促使磁通量發(fā)生變化進而妨礙超導體的正常運轉(zhuǎn)；第二，磁通運動與磁通運動阻抗，磁通線在洛倫茲力的作用下運動而感應(yīng)出電勢，超導材料的固有參數(shù)直接關(guān)乎著磁通運動阻抗的大小，如果阻抗過于激烈就會不利于超導態(tài)的穩(wěn)定并產(chǎn)生熱量；第三，第一類與第二類超導體，前者在外加磁場小于臨界磁場時會難以進入超導體，后者在下部臨界磁場大于外加磁場時會使磁化率逐步降低為零；第四，磁通跳躍與釘扎，借助于人為來制造缺陷可以有效防止磁通運動的活躍性，進而確保超導技術(shù)在電網(wǎng)中的電磁力平衡。

3.超導技術(shù)在電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1超導儲能器與超導電機

針對超導技術(shù)在電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用來講，應(yīng)用最為廣泛的就是超導電機與超導儲能器，二者共同為超導技術(shù)的高質(zhì)量運轉(zhuǎn)添磚加瓦。超導儲能器指的是在電網(wǎng)出現(xiàn)波動時而反饋出來的釋放能量信號，這極大的有利于增強電網(wǎng)系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性與系統(tǒng)電壓，經(jīng)過科學的調(diào)查研究資料顯示，美國某些區(qū)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用了小型超導儲能器，最終的結(jié)果是可以很好地解決電壓不平穩(wěn)的問題，進而消除大功率低頻振蕩的威脅。超導電機鮮明的優(yōu)勢就在于改善電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，它與發(fā)電機的電抗成正比例關(guān)系，它還能釋放出較高的發(fā)電效率，有助于提升定子繞組的絕緣水平，將電能耗損管控在合理范圍之內(nèi)，加大的節(jié)約了國家電網(wǎng)的資金建設(shè)成本，值得深入推廣使用。

3.2超導限流器與超導變壓器

就超導技術(shù)在電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用來講，另一大突破就是超導限流器與超導變壓器，一方面，所謂的超導限流器就是一個次級繞組短路的變壓器，它釋放出來的磁通能夠全部消除初級繞組釋放的磁通，這會在一定程度上極大的限制短路電流，它的主要功能就是在有安全故障時能靈敏的截斷電流，在日常的運營中降低損耗，進而良好的確保短路電流維持好電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另一方面，超導變壓器的使用壽命受到溫度的牽制，溫度越高使用壽命越低，承載能力也就越差，一般情況下，超導變壓器是把鐵芯與繞組全部放到液氮容器之內(nèi)并借助于流動制冷劑來實現(xiàn)超導技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用。

4.提升超導技術(shù)在未來電網(wǎng)應(yīng)用中質(zhì)量的有效策略

4.1進一步大幅度降低高溫超導材料的價格

要想從根本上提升超導技術(shù)在未來電網(wǎng)中的應(yīng)用質(zhì)量，首先就是要進一步大幅度的降低高溫超導材料的價格成本，因為它的價格往往是其他材料的十倍，這就使得它的推廣普及應(yīng)用力度難以得到有效的支持與，高溫超導材料本身存在的安全穩(wěn)定性、運行維護平衡性都比較的差，希望相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人員能對此引起廣泛的關(guān)注與重視，積極采取及時有效的措施予以解決。與此同時，相關(guān)的領(lǐng)導者還應(yīng)該注重對超導技術(shù)人員整體素質(zhì)水平的提升，始終從專業(yè)理論知識與實踐操作技能為出發(fā)點與落腳點，全面促進我國超導技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。

4.2提高輔助設(shè)備與超導材料的臨界溫度

首先，所謂的提高輔助設(shè)備就是提高超導材料的臨界溫度，極大的有利于促進電網(wǎng)系統(tǒng)中的制冷與低溫效果更加便捷高效，先進發(fā)達的機械設(shè)備不僅能提高工作效率，還能降低電網(wǎng)設(shè)備的故障損壞率與停機安全事故率，進而確保超導技術(shù)能在未來電網(wǎng)中長期穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，促進經(jīng)濟的可持續(xù)健康發(fā)展。其次，所謂的提高超導材料臨界溫度就是盡可能的降低資金成本的投入，因為往往運行溫度與資金成本成反比例關(guān)系，也會充分體現(xiàn)出超導電力設(shè)備的綜合效率，還應(yīng)該全面提升超導技術(shù)的改革創(chuàng)新，進而為電力企業(yè)提供較高質(zhì)量的電力供應(yīng)，確保廣大居民用戶的用電安全與穩(wěn)定。

結(jié)束語：

綜上所述，本文對超導技術(shù)在未來電網(wǎng)中的應(yīng)用進行探究分析具有重要的現(xiàn)實性意義，隨著我國經(jīng)濟實力的迅猛發(fā)展與科學技術(shù)的快速提升，專業(yè)技術(shù)人員對超導技術(shù)的改革創(chuàng)新與深入探究也上升到了一個新的高度并取得了突破性的進步，該技術(shù)在電網(wǎng)中的推廣普及與應(yīng)用就是新時期電力科學技術(shù)進程中最偉大且最具潛力的發(fā)明，超導技術(shù)也完成了從試驗階段到實際工程應(yīng)用的跨越，為我國的可再生能源有巨大的幫助，有利于實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，因此，超導技術(shù)在我國未來的電網(wǎng)中有著光明廣泛的前途。

參考文獻：

[1]王海風，林良珍，陳曉明.淺析超導技術(shù)在我國未來智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化，2015，（13）：287-289

[2]李敬元，袁凱，肖立業(yè).試論超導技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國電能新技術(shù)，2016，（16）：133-135

[3]唐躍進，楊勇，葉苗源.超導電力技術(shù)在未來智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014，（11）：166-168