試論超導技術在未來電網中的應用

方向東+聞建平

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

關鍵詞：超導技術；未來電網；應用；探究分析

1.未來電網所面臨可再生能源發展帶來的挑戰

近年來，可再生能源得到了突飛猛進的進步，隨著我國經濟的高速發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，可再生能源發展對未來電網帶來了嚴重的挑戰，集中體現在以下幾點：首先，常規電氣設備占地大，而我國的人口密度很高，電網建設就面臨著挑戰；其次，我國電力網絡損耗嚴重，因此需要提升電網的效率與降低損耗，減少遠距離輸送帶來的傳輸損耗；再者，電網安全穩定性與不可預知性會導致用電事故的頻發，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展前景，如果缺少新型的電力輸送技術，就會激化用地矛盾。

2.超導技術的科學內涵與基本知識

2.1超導體的三種顯著特性

本文對超導技術在未來電網中的應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，它的與眾不同就在于它的電子隧道效應不一樣，它的應用范圍主要集中在微弱電磁場測量等區域，更多的是超導電子學；二是零電阻，電子在高速運轉中會與各種雜亂無章的原子發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，它指的是超導體內部的磁場感應強度是零，它更多的應用于磁屏蔽與磁懸浮等領域中，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

超導技術的典型優勢就是可以為我國的電網系統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的安全穩定性，而這都是與實用超導線材有著密不可分的聯系，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的金屬氧化物超導體，它多分布于液氮溫區，它的交流損耗與拉伸性都比較好，還可以統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平衡；其次，低溫超導線材能提高超導的安全穩定性，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。

2.3超導體內部的電磁特性

所謂的超導體內部的電磁特性也在超導技術中發揮著重要的作用，主要集中表現在以下四個方面：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系，磁滯是因為釘扎力而促使磁通量發生變化進而妨礙超導體的正常運轉；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出電勢，超導材料的固有參數直接關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的穩定并產生熱量；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，進而確保超導技術在電網中的電磁力平衡。

3.超導技術在電網系統中的應用

3.1超導儲能器與超導電機

針對超導技術在電網系統中的應用來講，應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的高質量運轉添磚加瓦。超導儲能器指的是在電網出現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系統的靜態穩定性與系統電壓，經過科學的調查研究資料顯示，美國某些區域已經廣泛應用了小型超導儲能器，最終的結果是可以很好地解決電壓不平穩的問題，進而消除大功率低頻振蕩的威脅。超導電機鮮明的優勢就在于改善電網系統的穩定性，它與發電機的電抗成正比例關系，它還能釋放出較高的發電效率，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，加大的節約了國家電網的資金建設成本，值得深入推廣使用。

3.2超導限流器與超導變壓器

就超導技術在電網系統中的應用來講，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系統的穩定性。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并借助于流動制冷劑來實現超導技術在電網中的應用。

4.提升超導技術在未來電網應用中質量的有效策略

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在未來電網中的應用質量，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定性、運行維護平衡性都比較的差，希望相關的專業技術人員能對此引起廣泛的關注與重視，積極采取及時有效的措施予以解決。與此同時，相關的領導者還應該注重對超導技術人員整體素質水平的提升，始終從專業理論知識與實踐操作技能為出發點與落腳點，全面促進我國超導技術在各個領域的應用發展。

4.2提高輔助設備與超導材料的臨界溫度

首先，所謂的提高輔助設備就是提高超導材料的臨界溫度，極大的有利于促進電網系統中的制冷與低溫效果更加便捷高效，先進發達的機械設備不僅能提高工作效率，還能降低電網設備的故障損壞率與停機安全事故率，進而確保超導技術能在未來電網中長期穩定的運轉，促進經濟的可持續健康發展。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系，也會充分體現出超導電力設備的綜合效率，還應該全面提升超導技術的改革創新，進而為電力企業提供較高質量的電力供應，確保廣大居民用戶的用電安全與穩定。

結束語：

綜上所述，本文對超導技術在未來電網中的應用進行探究分析具有重要的現實性意義，隨著我國經濟實力的迅猛發展與科學技術的快速提升，專業技術人員對超導技術的改革創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，該技術在電網中的推廣普及與應用就是新時期電力科學技術進程中最偉大且最具潛力的發明，超導技術也完成了從試驗階段到實際工程應用的跨越，為我國的可再生能源有巨大的幫助，有利于實現經濟社會的可持續發展，因此，超導技術在我國未來的電網中有著光明廣泛的前途。

參考文獻：

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

[2]李敬元，袁凱，肖立業.試論超導技術的發展及其在電力系統中的應用[J].中國電能新技術，2016，（16）：133-135

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