超导技术在电力中的应用.ppt

2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,1,超导技术在电力系统中的应用,王银顺 华北电力大学电气与电子工程学院 2009年5月.北京,电气工程前沿技术专题系列之一,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,2,报告内容,超导简介 实用超导材料介绍 低温及制冷简介 超导在电力中的应用:电缆、限流器、变压器、电机、储能、 电流目线、电磁感应加热 超导技术的瓶颈问题 总结,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,3,超导体具有零电阻：R=0 超导电工/电力 完全抗磁性 Meissner effect：B=0 超导磁悬浮 宏观量子效应 Josephson 效应 超导电子学,一 超导简介,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,4,超导现象发现历史,1911年，超导电性的发现；Tc=4.2K; 1960年，NbTi和Nb3Sn；Tc=9.3K and Tc=18K ; 1986年，高温超导体的发现；Tc=92K(Yi-based) Tc=110K(B-based), Tc=135K(Tl-based); 2001年，MgB2超导材料；Tc=39K 2008年, Fe-based; Tc=56K;,三个基本临界参数: 临界温度Tc; 临界磁场Hc; 临界电流密度jc;,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,5,1960年，NbTi和Nb3Sn：合金 1982年，极细丝NbTi导线：1micro-meter 1999年，第一代HTSwie/tape,BSSCO超导带材: 粉末 管装法（PIT）； 2005年，MgB2 wire/tape,粉末管装法（PIT）； 2007年，第二代HTS wie/tape YBCO超导带材: 化学涂 层法（MOV）, 离子束辅助沉积(IBAD); IBAD 轧制辅助双轴织构化(RABiTS)；倾斜基板沉积法 （ISD）;激光溅射法（PLD）,实用超导体材料简介,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,6,实用超导体线工艺及结构,MgB2 YBCO Bi2223,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,7,超导材料的电磁特性,At 4.2K,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,8,实用超导线价格,NbTi Presently: 1-2 $/kA m 0.6 $/kA m ( 5T) Nb3Sn Today: 10-20 $/kA m Expected: 2-4 $/kA m 1.27 $/kA m (12 T) YBCO Presently: 600 $/kA m 36 $/kA m (2212 12T) Guessed: 10-20 $/kA m Expert opinion: 50$/kA m Bi-2223 Presently AMSC 124 $/kA m - Lowest limits of cost: Nb-based: $150/kg $0.60/m (strand) $1.50/kA-m 0.5 H* PIT-processed: powder is expensive, but getting cheaper MgB2 might be $50/kg, $0.10/m,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,9,二 低温及制冷,低温容器 传热方式： 固体热传导（Solid-conduction)： 对流(Convection)： 热辐射（Thermal Radiation）：,对应采取措施：减小截面；抽真空；加多层辐射屏,Wiedemann-Franz定律 ：,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,10,低温容器结构,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,11,低温制冷及生产厂家,斯特林制冷机（Stirling）：Netherland(Stirling Cryogenics & Refrigeration BV) 逆布雷顿循环制冷机：France（Air Liquide）and USA Linde Kryotechnik AG G-M制冷机(W.E.Gifford and H.O.McMahon) : Japan(Sumitomo), USA(CTI-Cryogenics ) 脉冲管制冷机: USA(Cryomech) Penalty coefficient: LN2(77K): 11-15 LHe(4.2K):500,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,12,低温介质基本物理性质,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,13,四 超导电力应用-低场应用,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,14,美国能源部 超导电力技术是21世纪电力工业唯一的高技术储备； 日本新能源开发机构 发展超导电力技术是在21世纪的国际高技术竞争中保持尖端优势的关键之一；,超导电力科学技术,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,15,超导电力应用,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,16,应用于电力系统中的超导技术,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,17,高温超导限流器HTS FCL,高温超导限流器主要类型及原理,电阻型超导限流器 磁屏蔽型超导限流器 桥路型超导限流器 饱和铁芯型超导限流器 感应型超导限流器 磁通锁定型超导限流器,感应型超导限流器,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,18,国内外主要超导限流器项目及其研究开发现状,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,19,中科院电工所,云电英纳,德国Neans, FZK, RWE, EHTS, E-ON 阻型,磁饱和型,桥路型,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,20,高温超导电缆-结构,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,21,高温超导电缆国内外研究现状,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,22,日本 TEPCO,美国 AMSC,中国科学院电工研究所,云电英纳,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,23,高温超导变压器,1高压套管， 2低压套管， 3液氮导管， 4高压套管， 5铁芯， 6玻璃钢低温杜瓦容器， 7原边/副边高温超导绕组， 8液氮， 9铁芯夹件,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,24,高温超导变压器的运行,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,25,高温超导变压器国内外研究现状,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,26,ABB630kVA,Simens1MVA,Kyushu Uni. TPECO 500kVA,IEE, TBEA, China,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,27,高温超导电机结构,1、定子铁芯：提供磁路和对外部磁场有效屏蔽； 2、定子电枢：实现机械能和电能间相互转换； 3、励磁绕组：由超导体构成，在低温下传输直流电； 4、转子内筒：携带低温容器，冷剂在离心力作用下沿内壁切向高速流动； 5、转矩传导筒：定子与转子相互作用转矩的传递，并提供冷却通道； 6、驱动轴； 7、支撑轴； 8、中心通道：包括电流引线、冷剂通道和回气管。,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,28,高温超导电机结构,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,29,超导电机国内外研究现状,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,30,36.5 MW Motor,4MW Motor,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,31,高温超导储能(SMES-Superconducting Magnetic Energy Storage),2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,32,FZK DESY,USA AMSC,华中科技大学,中科院电工所,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,33,电力系统安全 是关系到国家安全、社会稳定、改革发展,电网的容量越来越大 供电密度越来越高 电网向超大规模方向发展,电网安全 稳定问题 日渐突出,具有快速响应能力的电能存储能提高系统稳定性,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,34,作为系统备用容量以提高发电机的利用率,增加系统的输电容量以及负载容量,抑制系统动态振荡,次同步振荡阻尼,无功补偿,功角暂态稳定,小干扰稳定,受端电压稳定,作为可再生能源发电、独立电源系统、微电网的重要组成部分，保证电力的高效、优质、可靠、环保的重要手段,研究电能存储技术对未来电力供给具有重要的意义,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,35,超导储能国内外研究现状,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,36,FZK DESY,USA AMSC,华中科技大学,中科院电工所,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,37,大电流高温超导母线,Germany FZK For ITER,20kA 5m HTS Bus,Joint R=8 and 6 n respectively,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,38,原坯温度要求:T=500度,电磁感应加热器,效率95%。,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,39,28 Million US$ (FY2003-2005),InnoST,Beijing General Institute,Cables,SMES,Transformer,Current Limiter,IEE Tebian Hengyang,Chinese Academy Of Science,Chinese Ministry of Science & Technology,Chinese NSF,IEE Lanzhou Changtong Power Cable Lanzhou Electric,Yunnan InnoPower Tsinghua U. Yunnan Electric,Tsinghua U.,Huazhong Poly Hunan Power,Beijing Superconductor Technology IEE Beijing Lanyuan Hunan Power North China Power,Beijing City Govt,Chinese Industry,Northwest Institute,Wire Companies,Power Applications,IEE North China Power Beijin Superconductor,New JV Company w/Taiwan China Intl Superconductor,十五十一五期间中国超导电力/电工研究一览,2019年7月10日,超导技术在电力系统中的应用,40,超导技术在实际应用中的瓶颈问题,低温问题：低温系统的长期运行可靠性问题、低温漏热进