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中天科技:高温超导打破技术垄断保护电网安全

更新时间: 2014-06-18 浏览次数: 1053
     停电,总是让人们深感头疼的问题。
      随着我国经济社会快速发展,各行业对电力需求不断增加,电网规模越来越大,其暂态稳定性问题也越来越突出,而短路故障已成为危及电力系统安全稳定运行、导致大面积停电事故的最为常见的严重故障之一。
      为了抑制短路电流的增长并减少短路故障的发生,目前我们电网要么采用电网解裂或改变电网运行方式,要么采用串联限流电抗器或高阻抗变压器方式。但是,以上方法要么失去了大电网多路供电带来的可靠性优势,要么会减小电网的传输功率,并降低电压调整的灵活性,显然不能从根本上解决电网安全性问题。
      中天科技股份有限公司联合中国科学院电工研究所、南方电网公司等单位共同实施一项高技术项目,总投资6000万元,用于联合研发中心建设及用于220kV超导限流器研制。该项目,为实现输电级电阻型高温超导限流器的原理和系统结构创新,突破超导限流器在核心限流单元和关键部件设计和制造方面的关键技术,形成系列化自主知识产权,并开发出一套220kV三相电阻型高温超导限流器样机,实现在南方电网公司输电网的工程示范应用,为限制电网短路电流提供全新的技术手段。此前,中天科技在超电方面的研发,已投入2亿多元。
      开发新型故障电流限制技术已经成为当前我们电力系统亟待突破、提升电网运行安全的重大课题之一。
      专家分析指出,高温超导材料的发现及其制备技术的突破和规模化生产,能为解决电网短路故障电流严重超标这一重大隐患和关键性技术难题提供有效途径。基于超导体的零电阻特性和状态转变特性发展起来的超导限流器,具有响应速度极快(毫秒级)、自动触发和复位、正常态时零阻抗、故障态时大阻抗、限流效果明显等无可比拟的巨大优势,被认为是目前唯一具备广阔产业化前景的短路故障电流限制设备,具有很高的科学意义与工程应用价值。
      随着高温超导材料制备技术的重大突破和规模化生产,高温超导限流器的发展和应用将为抑制电网的短路故障电流、全面提升电网安全性带来了全新的契机和前景。目前,超导限流器的研究开发及其产业化成为各国在超导应用技术领域竞相发展的重点。各发达国家都投入了大量的人力、物力进行超导限流器的研究开发,以期在超导限流器的未来广阔市场中占得先机,引领超导限流器产业化发展,形成较高的技术垄断和产业壁垒。
      市场分析预测,假设以现有变电站50%的安装率、新设变电站70%的安装率进行测算,超导限流器在未来十年中仅220kV级的市场容量就可达1000亿元,其市场应用前景十分广阔。
      中天科技研究院院长赵连岐教授级高工表示,该项目符合国家技术发展方向,属于《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中“新材料技术”领域之前沿技术“高温超导技术”的重点发展方向。项目符合中天科技企业的产业链继续延伸、拓展高端和高技术含量产品、走特色化、差异化的发展战略。由于220kV电阻型高温超导限流器目前在国内外在相关技术领域尚未形成技术壁垒,项目的实施将使得本公司能在关键技术领域占领先机和制高点,进一步提高本公司的研发能力。
      2012年4月,中天科技股份与中国科学院电工研究所组建了联合研发中心。目前双方已经共同在面向输电系统应用的超导限流器的部分基础性科学问题和关键技术方面开展了深入研究,包括新型原理探索、超导材料电磁特性研究、限流单元过流冲击特性研究、失超检测和恢复技术研究、系统总体设计、系统结构设计、部分关键部件设计和技术验证等,并已取得了良好的研究结果。
      中国科学院电工研究所自1999年开始进行高温超导限流器的研究开发,并已完成了配电级超导限流器的研制。中天科技与中国科学院电工研究所进行技术研发的合作,将充分利用其已有资源和研发优势,根据双方的合作计划有计划、有重点、分阶段攻克输电级超导限流器的新原理和核心关键技术,完成超导限流器的研制及其在用户侧工程示范应用,进而为将来实现产业化应用奠定坚实的基础。
      中天科技股份同时投入了220kV/3kA冷绝缘高温超导电缆关键技术的研发项目。为掌握220kV/3kA冷绝缘高温超导电缆设计、制造技术,掌握220kV/3kA冷绝缘高温超导电缆附件设计、制造技术,并完成220kV/3kA、10米长(两段各5米)、单相冷绝缘高温超导电缆的试验运行。项目以中天科技股份为实施主体,并与华北电力大学进行研发合作,项目总投资1033万元。
      随着我国民经济的快速发展,各行业对电力需求日益增加。高温超导电缆采用具有很高传输电流密度的超导材料作为导体,并采用液氮作为冷却介质,因此具有体积小、重量轻、损耗低、载流能力大和无火灾隐患等突出优点,其传输容量比常规电缆高3至5倍,而超导电缆导体的热损耗几乎为零。由于超导电缆在输电领域的巨大优势,目前在短距离大电流输电、城市人口密集区域和城市电网优化领域有广阔的市场前景。采用超导电力技术,不仅可以明显改善电能质量,提高电力系统运行的稳定性和可靠性,降级电压等级,提高电网的安全性,使超大规模电网的实现成为可能,而且还可以大大提高单机容量和电网的输送容量,并大大降低电网的损耗。同时,高温超导电缆输电技术也是未来智能电网技术的重要技术之一。
      经过近10年的发展,我国在中低压室温绝缘高温超导电缆的研发方面处于国际先进水平,但是在高压超导电缆研发方面与国际先进水平相比差距明显。基于这种考虑,本公司提出对“220kV/3kA冷绝缘高温超导电缆关键技术”进行研发,掌握其核心技术,为其商业化应用打下坚实的技术基础,以推动我国智能电网的发展。
      据预测,高温超导应用技术将在今后5至10年内达到实用化的水平,2020年高温超导电缆将取代80%的城市传统地下电缆,全球高温超导电缆的销售额预计将达到120亿美元,全球超导产业的产值将达到2400亿美元以上。美国和日本等发达国家在高温超导电缆方面已做了大量的研究开发工作,并已经将高温超导电缆投入试验运行。
      我国经济发展和电力建设对110kV及以上高压交联电缆的需求很大,近几年其增长比例为20%至25%。据预测,2020年前我国110kV及以上高压、超高压交联电缆的年需求增长率约为14%。
中天科技股份在高温超导电缆研发的前期已积累了一定的经验,结合之前在超导电缆低温容器研发方面已取得的技术成果,以期掌握核心技术,为将来产业化应用奠定坚实基础。
      公司与华北电力大学进行合作。华北电力大学电磁与超导电工研究所主要从事电磁兼容、超导电力技术等电力工程新技术研究、装置开发等工作,早在在“十一五”期间,就进行了高温超导电缆技术的研究,并取得了一系列具有知识产权的研究成果,在高温超导电缆设计方面积累了丰富的经验,在国内处于领先水平。

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