核心提示：　　將超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)，無論是從裝置特性還是從系統(tǒng)特性上，都可以取得若干使用常規(guī)技術(shù)無法或難以實(shí)現(xiàn)的性能超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)變壓器為系統(tǒng)提供有功、無功的快速響應(yīng)容量，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制開辟了新的

　　將超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)，無論是從裝置特性還是從系統(tǒng)特性上，都可以取得若干使用常規(guī)技術(shù)無法或難以實(shí)現(xiàn)的性能超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)變壓器為系統(tǒng)提供有功、無功的快速響應(yīng)容量，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制開辟了新的思路用于負(fù)荷側(cè)的超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置可以改善供電品質(zhì)和提供緊急備用電源但是，超導(dǎo)電力的實(shí)際應(yīng)用本身還有若干問題需要解決，這有待技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)，發(fā)展超導(dǎo)電力也需要解決若干非技術(shù)性的問題1超導(dǎo)電力科學(xué)技術(shù)中的關(guān)鍵課題1.1實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電力需解決的基本問題要在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用超導(dǎo)技術(shù)必須對(duì)其經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)優(yōu)越性、與現(xiàn)行技術(shù)的兼容性、安全可靠性等4個(gè)基本問題進(jìn)行研宄對(duì)于經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)優(yōu)越性，應(yīng)該從2個(gè)方面來看：既要考慮超導(dǎo)電力裝置超導(dǎo)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，更應(yīng)該注重引入超導(dǎo)技術(shù)后在電力系統(tǒng)中帶來的總體經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)優(yōu)越丨性就目前的水平來說，高溫超導(dǎo)線材的價(jià)格仍然較貴，技術(shù)參數(shù)也有待進(jìn)一步提高，所以國際上預(yù)測超導(dǎo)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的實(shí)際：2000-12-）6段落。本刊將繼續(xù)關(guān)注國內(nèi)外超導(dǎo)電力技術(shù)的研究和發(fā)展，及時(shí)報(bào)道最新研究成果與動(dòng)態(tài)。相信經(jīng)過科研。生產(chǎn)運(yùn)行。管理等部門廣大科技工作者的共同努力，超導(dǎo)技術(shù)將以其獨(dú)特的性能在未來電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。應(yīng)用還需要5年~10年的時(shí)間名古屋大學(xué)的研究結(jié)果表明，在大城市電網(wǎng)中采用超導(dǎo)電纜技術(shù)時(shí)，雖然超導(dǎo)電纜本身的運(yùn)行費(fèi)用較高，但是，由于大容量的高密度輸電可以改善和優(yōu)化大城市電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、潮流分布，從而可以使整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)損下降，另一個(gè)是在電力系統(tǒng)中應(yīng)用超導(dǎo)裝置后的系統(tǒng)常規(guī)保護(hù)問題1.6.1超導(dǎo)電力系統(tǒng)中的失超保護(hù)還可i能引起超導(dǎo)體的“失超問題J因此必須進(jìn)行fciSh！統(tǒng)故障這將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的供電可靠性甚至?xí)ookmark1超導(dǎo)裝置只能運(yùn)行在臨界溫度以下，所承受的磁場和所通過的電流均不得大于其臨界值，否則就會(huì)失去超導(dǎo)電性，即發(fā)生失超。失超的危害是巨大的首先，超導(dǎo)裝置送電容量大，嚴(yán)重的失超會(huì)導(dǎo)致電力應(yīng)用夠蒺可以說才剛剛起步，中國錯(cuò)院她h是涉及電電力系統(tǒng)中從發(fā)電電到影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性其次，失超后在超導(dǎo)裝置內(nèi)產(chǎn)生的熱量可能燒損裝置內(nèi)的超導(dǎo)體，也可能導(dǎo)致冷卻媒體體積的急劇膨脹，直至損壞整個(gè)裝置（主要低溫冷卻媒體體積變化情況為：4.2K的液氦蒸發(fā)后，體積大8倍，100K液氦氣體蒸發(fā)后，體積大530倍；77K液氮蒸發(fā)后，體積大182倍，100K液氮蒸發(fā)后，體積大250倍）第三，影響超導(dǎo)體臨界值的因素很多，僅從表面看就有3個(gè)臨界值，且3個(gè)臨界值相互關(guān)聯(lián)，而且還各自受到若干因素的影響，如超導(dǎo)體內(nèi)部的交流損耗、磁通跳躍機(jī)械振動(dòng)、冷卻應(yīng)力等都有可能導(dǎo)致臨界值的下降，所以超導(dǎo)裝置的失超保護(hù)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題第四，失超還會(huì)引發(fā)諸如過電壓、絕緣水平下降機(jī)械應(yīng)力大等并發(fā)故障研究超導(dǎo)電力系統(tǒng)中的失超保護(hù)，應(yīng)當(dāng)從3個(gè)方面著手：①從超導(dǎo)線材開始，對(duì)失超現(xiàn)象進(jìn)行細(xì)致的研究，這是失超保護(hù)的基礎(chǔ)，②對(duì)超導(dǎo)裝置的失超保護(hù)，包括如何減少失超后產(chǎn)生的熱量，盡快將超導(dǎo)裝置內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移；③在失超發(fā)生后保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，這是超導(dǎo)電力系統(tǒng)的特有問題，也使得超導(dǎo)電力中的失超保護(hù)具有與一般超導(dǎo)技術(shù)的失超保護(hù)不同的含義，需要我們?cè)诔浞掷斫獬瑢?dǎo)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行超導(dǎo)裝置的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，如超導(dǎo)電力裝置的額定電流值以及保護(hù)裝置的動(dòng)作電流值，在系統(tǒng)運(yùn)行管理中，也應(yīng)當(dāng)盡量避免可能導(dǎo)致失超的運(yùn)行方式1.6.2超導(dǎo)電力系統(tǒng)中的保護(hù)系統(tǒng)超導(dǎo)電力系統(tǒng)中的保護(hù)系統(tǒng)除了必須完成現(xiàn)行常規(guī)系統(tǒng)中的保護(hù)任務(wù)外，還要實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電力裝置的失超保護(hù)以及整個(gè)系統(tǒng)的失超保護(hù)。超導(dǎo)限流器是超導(dǎo)電力系統(tǒng)中的主要保護(hù)裝置之一，它不僅可以限制系統(tǒng)中的短路電流，降低對(duì)斷路器開斷容量的要求，而且可以作為其他重要超導(dǎo)裝置的過電流失超保護(hù)。超導(dǎo)限流器動(dòng)作迅速、動(dòng)作電流值可控引入超導(dǎo)限流器的系統(tǒng)保護(hù)可認(rèn)為是故障電流水平可控的主動(dòng)保護(hù)。如何協(xié)調(diào)超導(dǎo)限流器和常規(guī)保護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)作等將是超導(dǎo)電力系統(tǒng)安全保護(hù)的重要研究內(nèi)容。

　　2關(guān)于發(fā)展超導(dǎo)電力科學(xué)技術(shù)的幾點(diǎn)看法我國的超導(dǎo)電力應(yīng)用技術(shù)研究和國外先進(jìn)國家的差距較大美國、日本俄羅斯、法國、德國、瑞典英國、挪威等國家均相繼研制出了各類超導(dǎo)電力裝置實(shí)驗(yàn)樣機(jī)我國在超導(dǎo)物理材料特性方面的研究和國外差距不大，有的甚至還處于領(lǐng)先地位，在一般超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)方面也有若干研究成果。但是，在超導(dǎo)電工研究所華中科技大學(xué)清華大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)己經(jīng)開始了初步的研究工作美國、日本等國家在超導(dǎo)電力應(yīng)用技術(shù)方面投入了大量的資金。以日本為例，幾乎所有設(shè)有電氣工程學(xué)科的大學(xué)都在不同程度地從事超導(dǎo)電力應(yīng)用技術(shù)研究其中，以九州大學(xué)大阪大學(xué)名古屋大學(xué)、橫濱國立大學(xué)以及東京大學(xué)的成果最為顯著。大型電機(jī)電纜制造公司、電力公司也投入了巨額資金，東芝日立三菱、富士等電機(jī)制造廠，昭和、住友、橫河、藤倉等電纜制造廠，東京電力公司、中部電力公司、關(guān)西電力公司和九州電力公司等主要電力公司均參與了超導(dǎo)電力的應(yīng)用研究工作。

　　應(yīng)當(dāng)看到，在超導(dǎo)電力科學(xué)技術(shù)的研究領(lǐng)域仍然存在廣闊的發(fā)展空間超導(dǎo)電力畢竟還沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)際應(yīng)用，即使在美國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，迄今為止的超導(dǎo)電力研究工作也基本停留在單機(jī)超導(dǎo)電力實(shí)驗(yàn)裝置的試制與實(shí)驗(yàn)室研究階段，還沒有將超導(dǎo)電力提到學(xué)科高度來綜合研究只要我們不失時(shí)機(jī)地進(jìn)入到超導(dǎo)電力科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的潮流中去，完全有可能形成自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)來迎接超導(dǎo)電力的到來超導(dǎo)電力的實(shí)現(xiàn)還有待各方面的努力和支捺2.1超導(dǎo)電力需要國家的重點(diǎn)支持超導(dǎo)電力科學(xué)技術(shù)雖然具有良好的應(yīng)用前景，但畢竟還處于早期發(fā)展過程中。在我國現(xiàn)階段開展超導(dǎo)電力研究還難以做到立竿見影，馬上形成產(chǎn)品，占領(lǐng)市場，得到巨大的經(jīng)濟(jì)回報(bào)所以，超導(dǎo)電力的發(fā)展離不開國家重點(diǎn)投資。

　　美國、日本早期的超導(dǎo)電力研究工作也是以國家投資為主日本通產(chǎn)省和新能源開發(fā)機(jī)構(gòu)在“陽光”計(jì)劃‘月光“計(jì)劃、”新陽光“計(jì)劃中均包含了超導(dǎo)電力應(yīng)用研究的資金在這些計(jì)劃的支持下，相繼成立了以國家支持為中心，若干研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)共同參與的以開發(fā)研究超導(dǎo)發(fā)電機(jī)及其相關(guān)技術(shù)為主要目的的聯(lián)合組織（Super-GM，1988年成立）和以開發(fā)研究超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)為主要目的的國際超導(dǎo)研究中心（ISTEC，1991年成立），同時(shí)，對(duì)其他超導(dǎo)電力裝置也提供了大量的支持美國能源部很早就投資進(jìn)行了超導(dǎo)發(fā)電機(jī)超導(dǎo)磁儲(chǔ)能的partnershipinitiative）研究計(jì)劃，表1為SPI計(jì)劃中超導(dǎo)電力相關(guān)的項(xiàng)目及投資情況（均為高溫超導(dǎo)），能源部（DOE）投資約占50%（資料來自因特網(wǎng)）2.2超導(dǎo)電力需要產(chǎn)業(yè)部門的支持從工業(yè)領(lǐng)域來說，超導(dǎo)電力既需要電力工業(yè)的熱情，也需要機(jī)械制造業(yè)的關(guān)心一種新技術(shù)，而且表1美國spi計(jì)劃主要內(nèi)容及投資超導(dǎo)電力主要技術(shù)參數(shù)投資情況百萬美元裝置相關(guān)企業(yè)變壓器限流器電力電纜電動(dòng)機(jī)磁懸浮飛輪儲(chǔ)能有電力部門從根本上認(rèn)識(shí)到其必要性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性時(shí)才會(huì)得到真正的應(yīng)用和發(fā)展雖然大多數(shù)超導(dǎo)電力裝置與常規(guī)裝置的基本原理和結(jié)構(gòu)相差不大，但是，由于超導(dǎo)體的特殊電磁性能，超導(dǎo)電力裝置的設(shè)計(jì)原則、制造工藝等仍然是制造廠商的研究課題只有制造廠掌握了成熟的超導(dǎo)電力裝置的生產(chǎn)技術(shù)，才會(huì)有真正意義上的廣泛應(yīng)甩以日本為例，主要電力公司、若干電機(jī)電纜以及相關(guān)設(shè)備（如真空低溫設(shè)備）制造廠不僅積極參與了有日本通產(chǎn)省或新能源開發(fā)機(jī)構(gòu)重點(diǎn)支持的Supei.-GM和ISTEC的聯(lián)合攻關(guān)研究，并且自主地進(jìn)行了若干其他超導(dǎo)電力科學(xué)技術(shù)的研究工作。如東京電力公司和住友電工聯(lián)合進(jìn)行高溫超導(dǎo)電力電000A，100m）的研究開發(fā)工作，雙方各投資50%，共18億日元（約合人民幣1350萬元）作者參加了日本名古屋大學(xué)主持進(jìn)行的全封閉型超導(dǎo)一體化輸電模型的研究工作（超導(dǎo)變壓器6000V，250A，5m），該項(xiàng)目申請(qǐng)國家科研經(jīng)費(fèi)1600萬日元，中部電力公司支持2000萬日元，昭和電線電纜公司提供超導(dǎo)線材可以說，離開了電力行業(yè)和電工制造行業(yè)的支持，超導(dǎo)電力科學(xué)技術(shù)研究工作是難以開展起來的我國超導(dǎo)電力科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有待于電力行業(yè)、制造廠的積極參與，共同挑戰(zhàn)具有前瞻性的科學(xué)研究課題，以形成自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)23超導(dǎo)電力需要廣泛的學(xué)科交叉超導(dǎo)電力首先是超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)和電力系統(tǒng)的結(jié)合。現(xiàn)在的超導(dǎo)技術(shù)離不開低溫低溫技術(shù)不僅僅為超導(dǎo)提供了最基本的運(yùn)行條件，還直接關(guān)系到超導(dǎo)設(shè)備的效率和安全可靠性，是超導(dǎo)技術(shù)能否實(shí)際應(yīng)用于電力系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。超導(dǎo)電力離不開超導(dǎo)實(shí)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，二者互為依托，相互促進(jìn)，是典型的跨領(lǐng)域跨學(xué)科的課題新型超導(dǎo)材料的開發(fā)以及提高超導(dǎo)材料應(yīng)用性能的研究工作是超導(dǎo)電力的重要基礎(chǔ)之一。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用超導(dǎo)技術(shù)，特別是應(yīng)用超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)，電力電子是不可缺少的技術(shù)手段。由此可見，發(fā)展超導(dǎo)電力需要包括超導(dǎo)物理超導(dǎo)材料、低溫工程、電力電子、電力系統(tǒng)、自動(dòng)控制以及機(jī)械制造等學(xué)科的廣泛交融反過來說，發(fā)展超導(dǎo)電力不僅可以在電力工業(yè)引發(fā)技術(shù)革命，同時(shí)可以促進(jìn)若干相關(guān)學(xué)科的發(fā)展3結(jié)語在我國，由于能源資源和能源消費(fèi)的分布極不均衡，高電壓長距離的西電東送不可避免，這使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題變得十分突出隨著電力消費(fèi)的長，電力系統(tǒng)規(guī)模越來越大，斷路器的斷流容量己經(jīng)很難滿足系統(tǒng)短路容量長的要求；過大的短路電流又對(duì)電力裝置提出了更高的電磁、電動(dòng)以及熱的技術(shù)指標(biāo)由于用具有電阻的銅鋁作為導(dǎo)電物質(zhì)，網(wǎng)損巨大在大城市，電能消費(fèi)密度不斷長，但送電通道越來越緊張，用常規(guī)技術(shù)己經(jīng)難以滿足大城市高密度大容量送電的要求由于超導(dǎo)具有電阻為0以及其他一些優(yōu)越特性，應(yīng)用超導(dǎo)技術(shù)正是解決電力系統(tǒng)中上述困難的有效途徑這將是電力行業(yè)和電工行業(yè)的技術(shù)革命。我們熱切期望超導(dǎo)電力也成為我國電力、電工行業(yè)的一個(gè)研究熱點(diǎn)；期望著通過廣大科技工作者的努力，把我國的超導(dǎo)技術(shù)從基本理論、基礎(chǔ)材料直至超導(dǎo)電力應(yīng)用推向一個(gè)全新的發(fā)展水平，使我國在21世紀(jì)的國家間技術(shù)競爭中處于有利的地位