未来电网中的超导电力技术

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1、2011年年3月月未来电网中的超导电力技术未来电网中的超导电力技术2024/8/212024/8/211 1主要内容主要内容能源变革对未来电网带来的重大挑战能源变革对未来电网带来的重大挑战超导电力技术对未来电网的作用与影响超导电力技术对未来电网的作用与影响超导电力技术的发展现状和趋势超导电力技术的发展现状和趋势我国发展超导电力技术战略目标和技术路线我国发展超导电力技术战略目标和技术路线我国发展超导电力技术的建议我国发展超导电力技术的建议2024/8/212024/8/212 2Bio-MassEnergyWindPVSolar ThermalWindEVHydroPVStorageTideFu

2、ture Green Energy system清洁能源变革对未来电网带来的重大挑战清洁能源变革对未来电网带来的重大挑战清洁能源变革对未来电网带来的重大挑战清洁能源变革对未来电网带来的重大挑战一次能源以可再生能源为主、终端能源以电力为主的清洁高效能源体系格局将变成现实l发电量大幅度增加，但资源和负荷分布不匹配的格局仍将存在，长距离超大容量的电力输送将成为一个重大的挑战；l随着电网的规模不断扩大，安全稳定性问题更加突出，而可再生能源的间歇性、不稳定性及电源机电特性的重大变化对电网安全稳定性提出更加严峻的挑战；l可再生能源的特性及直流负荷的增加，对电力质量的提高带来了新的挑战；l进一步提高电网和用

3、电系统的能效将变得日益紧迫。2024/8/212024/8/213 3超导电力技术在应对未来电网的重大挑战方面将超导电力技术在应对未来电网的重大挑战方面将超导电力技术在应对未来电网的重大挑战方面将超导电力技术在应对未来电网的重大挑战方面将发挥重大或不可替代的作用发挥重大或不可替代的作用发挥重大或不可替代的作用发挥重大或不可替代的作用清洁能源变革对电网带来的重大挑战清洁能源变革对电网带来的重大挑战清洁能源变革对电网带来的重大挑战清洁能源变革对电网带来的重大挑战长距离超大容量的电力输送超导输电电缆超大规模电网的安全稳定性保障电力质量与供电可靠性保障电力质量与供电可靠性超导限流技术超导储能技术超导变

4、压器超导电机技术多功能集成超导电力技术为未来电网提供解决方案超导电力技术为未来电网提供解决方案超导电力技术为未来电网提供解决方案超导电力技术为未来电网提供解决方案2024/8/212024/8/214 4超导输电电缆超导输电电缆超导电缆具有显著传输优势超导电缆具有显著传输优势超导电缆具有显著传输优势超导电缆具有显著传输优势 超导体电流密度大：比超导体电流密度大：比超导体电流密度大：比超导体电流密度大：比CuCu高两个量级；高两个量级；高两个量级；高两个量级； 传输损耗小，可降低传输损耗小，可降低传输损耗小，可降低传输损耗小，可降低50%50%以上；以上；以上；以上； 交流阻抗为常规电缆的交流阻

5、抗为常规电缆的交流阻抗为常规电缆的交流阻抗为常规电缆的1/101/10，直流传输，直流传输，直流传输，直流传输 时无阻抗；时无阻抗；时无阻抗；时无阻抗； 传输容量大：是常规电缆的传输容量大：是常规电缆的传输容量大：是常规电缆的传输容量大：是常规电缆的3-53-5倍；倍；倍；倍； 体积小、无电磁干扰、无火灾隐患；体积小、无电磁干扰、无火灾隐患；体积小、无电磁干扰、无火灾隐患；体积小、无电磁干扰、无火灾隐患；高温超导电缆应用前景广阔高温超导电缆应用前景广阔高温超导电缆应用前景广阔高温超导电缆应用前景广阔 利利利利用用用用超超超超导导导导体体体体的的的的零零零零电电电电阻阻阻阻和和和和高高高高载载载

6、载流流流流密密密密度度度度的的的的特特特特性性性性，可可可可以以以以实实实实现现现现比比比比特特特特高高高高压压压压更更更更大大大大的的的的 传传传传 输输输输 容容容容 量量量量 （ 例例例例 如如如如 500kV500kV的的的的 高高高高 温温温温 超超超超 导导导导 直直直直 流流流流 电电电电 缆缆缆缆 可可可可 以以以以 实实实实 现现现现 20000-20000-50000MW50000MW的的的的输输输输送送送送容容容容量量量量），并并并并可可可可降降降降低低低低50%50%左左左左右右右右的的的的传传传传输输输输损损损损耗耗耗耗，具具具具有有有有天天天天然然然然的的的的短短短

7、短路路路路电电电电流流流流限限限限制制制制功功功功能能能能，还还还还可可可可以以以以大大大大大大大大地地地地节节节节省省省省传传传传输输输输走走走走廊廊廊廊，因因因因此此此此，是是是是实实实实现现现现大大大大容容容容量输电和打造未来电力传输网的重要技术选择。量输电和打造未来电力传输网的重要技术选择。量输电和打造未来电力传输网的重要技术选择。量输电和打造未来电力传输网的重要技术选择。 2024/8/212024/8/215 5超导输电电缆发展现状超导输电电缆发展现状研究开研究开发单发单位位主要技主要技术术参数参数状况状况美国Southwire公司三相30米，12.5kV/1.25kA1999年投

8、入试验运行美国Pirelli公司三相130米，24kV/2.4kA2000年投入试验运行（二相低温容器损坏）美国IGC公司三相350米，34.5kV/0.8kA2006年完成一期试验2008年完成二期投运美国AMSC/Pirelli公司三相200米，13.2kV/3.0kA2006年投入试验运行美国AMSC/LIPA公司三相600米，138kV/2.4kA2008年投入运行美国Southwire公司（新奥尔良）三相1,760米，13.8kV/2kA2011年3月投入运行丹麦NKT公司三相30米，36kV/2kA2001年投入试验运行荷兰NKT公司（阿姆斯特丹）三相6,000米，50kV/3kA

9、2007年计划实施日本东京电力公司三相100米，66kV/1kA2001年完成试验日本古河电工公司单相500米，77kV/1kA2004年完成试验韩国DAPAS计划三相100米，22.9kV/1.25kA2006年商业交付使用韩国LS电缆公司（首尔）三相500米，22.9kV/1.25kA2010年投入运行中国科学院中国科学院电电工研究所工研究所三相三相75米，米，10.5kV/1.5kA2004年投入年投入试验试验运行运行中国科学院中国科学院电电工研究所（工研究所（郑郑州）州）直流直流380米，米，10kA2011年投入工程示范年投入工程示范中国云电英纳超导电缆公司三相30米，35kV/2k

10、A2004年投入试验运行2024/8/212024/8/216 6美国：美国：Tres Amigas超级变电站超级变电站驱动力：驱动力：美国现有三大电网（美国东部电网、西部电网、德克萨斯电网）之间基本未实现有效互联；可再生能源利用快速发展；超导体具有零电阻效应和高电流传输密度等不可比拟的巨大优势。如何实现：如何实现：通过Tres Amigas超级变电站实现任何两个电网互联（直流传输）；AC/DC电能变换；超导直流电缆（Superconductor Electricity Pipelines）。关于超级变电站：关于超级变电站：地点：Clovis, New Mexico；占地：22.5平方英里；超

11、导直流电缆：单根5GW/几英里；模式：三角形互联/2014年投运。 可再生能源市场枢纽可再生能源市场枢纽可再生能源市场枢纽可再生能源市场枢纽 三大电网完全一体化三大电网完全一体化三大电网完全一体化三大电网完全一体化Source: http:/ 7利用超导体的超导态超导态/ /正常态转变特性正常态转变特性抑制短路故障电流；或采用其它方式进行状态转变采用其它方式进行状态转变抑制短路故障电流。电力系统正常运行时电力系统正常运行时电力系统发生短路时电力系统发生短路时发电厂发电厂变压器变压器超导限流器超导限流器变压器变压器配配电电网网配配电电网网接地故障接地故障发电厂发电厂变压器变压器超导限流器超导限流

12、器变压器变压器低阻抗低阻抗高阻抗高阻抗超导限流器超导限流器2024/8/218超导限流器超导限流器典型研究开发实例典型研究开发实例研究开研究开发单发单位位主要技主要技术术参数参数状况状况瑞士ABB公司三相磁屏蔽型，10.5kV/70A1996年完成试验瑞士ABB公司三相电阻型，8kV/800A2001年完成研制美国LM公司三相桥路型，2.4kV/100A2000年试验完毕美国GA公司三相桥路型，15kV/1.2kA2003年完成单相测试美国LANL实验室三相可控桥，15kV/1kA2003年完成测试日本东京电力公司三相电抗器型，66kV/750A2004年完成研制日本Super-ACE计划单相

13、电阻型，6.6kV/100A2005年完成研制美国SuperPower公司三相矩阵型，138kV/1.2kA2011年投入运行美国AMSC公司三相电阻型，115kV/1.2kA2013年投入运行美国Zenergy Power公司三相饱和铁心型，138kV/2-4kA2011年投入运行德国NEXANS公司三相电阻型，10kV/600A2004年完成测试德国西门子公司三相电阻型，7.2kV/100A2000年研制成功韩国DAPAS计划三相电阻型，22.9kV/630A2007年研制成功中国科学院中国科学院电电工研究所工研究所三相改三相改进桥进桥路型，路型，10.5kV/1.5kA2005年投入年投

14、入试验试验运行运行中国云电英纳超导电缆公司三相饱和铁心型，35kV/1.5kA2008年投入试验运行2024/8/219超导限流器超导限流器美国美国SuperPower公司：电阻型公司：电阻型SFCL 基于二代超导带材的矩阵式基于二代超导带材的矩阵式基于二代超导带材的矩阵式基于二代超导带材的矩阵式SFCLSFCL； 装置容量：装置容量：装置容量：装置容量：138kV/1.2kA138kV/1.2kA； 短路电流：短路电流：短路电流：短路电流：13.8kA13.8kA（峰值（峰值（峰值（峰值37kA37kA）；）；）；）； 投运时间：投运时间：投运时间：投运时间：20112011年。年。年。年。

15、2024/8/2110超导变压器的优越性超导变压器的优越性 不存在焦耳热损耗，总体效率高，不存在焦耳热损耗，总体效率高， 节能潜力巨大；节能潜力巨大； 体积可减少至常规变压器的体积可减少至常规变压器的40-60%40-60%； 不存在火灾隐患和噪音等环境污染；不存在火灾隐患和噪音等环境污染； 极限单机容量大极限单机容量大，超导变压器的应用前景超导变压器的应用前景 大容量（例如大于大容量（例如大于30MVA30MVA）的超导变）的超导变 压器具有明显的经济性，可以大大地节压器具有明显的经济性，可以大大地节 省空间，降低重量；省空间，降低重量； 是变压器的更新换代产品；是变压器的更新换代产品； 超

16、导变压器特有优势的应用，超导变压器特有优势的应用，研究开研究开发单发单位位主要技主要技术术参数参数状况状况瑞士ABB公司三相18.7kV/420V，630kVA77K1997年试验运行日本九州大学单相22kV/6.9kV，1MVA77K2001年完成试验日本铁路科学研究所单相25kV/1.2kV，4MVA77K2005年完成研制美国Waukesha公司单相13.8/6.9kV，1MVA25K三相24.9/4.16kV，5/10MVA30K单相138/13.8kV，30MVA70K2000年完成测试2005年完成测试2006年启动德国西门子公司单相25kV/1.4kV，1MVA65K2001年完

17、成测试韩国DAPAS计划单相154kV/22.9kV，60MVA 65K三相154kV/22.9kV，100MVA65K2004年完成设计2011年并网运行中国科学院中国科学院电电工研究所工研究所三相三相10.5kV/0.4kV，630kVA77K2005年年试验试验运行运行中国株洲电力机车厂三相25kV/860V，315kVA77K2005年完成研制超导变压器超导变压器2024/8/2111v已经完成的：已经完成的：最高电压：22.9kV；最大容量：1MVA；配电系统和电力机车进行工程示范。v正在正在/计划进展中的：计划进展中的：最高电压：154kV；最大容量：100MVA；工程示范。v发展

18、趋势：发展趋势：30MVA及以上；输电系统应用；对重量和体积具有严格要求的场合（例如，地下变电站或电力机车等）。ABB 630kVAABB 630kVADAPAS 100MVADAPAS 100MVAWaukesha 10MVAWaukesha 10MVASIEMENS 1MVASIEMENS 1MVA超导变压器的现状超导变压器的现状2024/8/2112超导储能技术（超导储能技术（超导储能技术（超导储能技术（SMESSMES）的原理）的原理）的原理）的原理 利用超导体的利用超导体的利用超导体的利用超导体的零电阻特性零电阻特性零电阻特性零电阻特性； 超导体的载流密度比常规铜导线的载流超导体的载

19、流密度比常规铜导线的载流超导体的载流密度比常规铜导线的载流超导体的载流密度比常规铜导线的载流 密度大密度大密度大密度大2 2个数量级个数量级个数量级个数量级； 利用利用利用利用超导线圈超导线圈超导线圈超导线圈将电磁能直接储存起来，将电磁能直接储存起来，将电磁能直接储存起来，将电磁能直接储存起来， 需要时将电磁能返回电网或其它负载。需要时将电磁能返回电网或其它负载。需要时将电磁能返回电网或其它负载。需要时将电磁能返回电网或其它负载。超导储能技术的优越性超导储能技术的优越性超导储能技术的优越性超导储能技术的优越性 无需能量形式转换，无需能量形式转换，无需能量形式转换，无需能量形式转换，响应速度极快

20、响应速度极快响应速度极快响应速度极快； 功率密度极高功率密度极高功率密度极高功率密度极高，保证系统，保证系统，保证系统，保证系统非常非常非常非常迅速迅速迅速迅速地地地地以以以以 大功率形式与电力系统大功率形式与电力系统大功率形式与电力系统大功率形式与电力系统进行进行进行进行能量交换能量交换能量交换能量交换； 超导储能技术的主要功能超导储能技术的主要功能超导储能技术的主要功能超导储能技术的主要功能 作为作为作为作为新能源领域储能环节的关键技术新能源领域储能环节的关键技术新能源领域储能环节的关键技术新能源领域储能环节的关键技术，如，如，如，如用于平滑风力发电输出用于平滑风力发电输出用于平滑风力发电

21、输出用于平滑风力发电输出； 提高电能和供电质量提高电能和供电质量提高电能和供电质量提高电能和供电质量，例如，消除低频振荡，稳定频率和电压；无功功率控制和功率，例如，消除低频振荡，稳定频率和电压；无功功率控制和功率，例如，消除低频振荡，稳定频率和电压；无功功率控制和功率，例如，消除低频振荡，稳定频率和电压；无功功率控制和功率 因数调节；补偿大型电动机启动、焊机、电弧炉、大锤、轧机等波动负载；因数调节；补偿大型电动机启动、焊机、电弧炉、大锤、轧机等波动负载；因数调节；补偿大型电动机启动、焊机、电弧炉、大锤、轧机等波动负载；因数调节；补偿大型电动机启动、焊机、电弧炉、大锤、轧机等波动负载； 通过快速

22、的高功率响应特性和输出功率灵活控制特性，通过快速的高功率响应特性和输出功率灵活控制特性，通过快速的高功率响应特性和输出功率灵活控制特性，通过快速的高功率响应特性和输出功率灵活控制特性，提高电力系统稳定性提高电力系统稳定性提高电力系统稳定性提高电力系统稳定性；超导储能系统超导储能系统2024/8/2113超导储能技术超导储能技术 目目目目前前前前已已已已有有有有多多多多套套套套低低低低温温温温SMESSMES投投投投入入入入试试试试验验验验运运运运行行行行，小小小小型型型型低低低低温温温温SMESSMES已已已已有有有有商商商商品品品品出售，短期内以低温出售，短期内以低温出售，短期内以低温出售，

23、短期内以低温SMESSMES为主，高温为主，高温为主，高温为主，高温SMESSMES是今后的主导发展方向。是今后的主导发展方向。是今后的主导发展方向。是今后的主导发展方向。研究开研究开发单发单位位主要技主要技术术参数参数状况状况德国ACCEL400V/4MJ/6MW，低温超导2002年研制成功意大利ENEL1.8kV/4MJ/1.2MW，低温超导2002年并网运行法国EC4.5kV/22MJ/10MW，高温超导1996年开始研制美国超导公司/IGC公司1-10MJ/1-40MW，低温超导销售多套韩国KERI2MJ/1250A，低温超导2003年完成样机日本九州电力公司3.6MJ/1MW，低温超

24、导2001年投入运行日本九洲大学2.5kV/1MJ/500A，高温超导2005年完成测试中国科学院中国科学院电电工研究所工研究所10.5kV/1MJ/0.5MVA，高温超，高温超导导即将并网即将并网中国科学院中国科学院电电工研究所工研究所380V/100kJ/25kVA，世界首套，世界首套超超导导限流限流储储能功能集成系能功能集成系统统2005年完成研制和年完成研制和测测试试中国清华大学220V/300kJ/150kVA，低温超导2005年完成研制中国华中科技大学250V/35kJ/7kVA，高温超导2005年完成实验2024/8/2114超导储能技术超导储能技术小型小型SMESSMES已商品

25、化，用户包括美国军方、半导体厂、芯片制造厂等；已商品化，用户包括美国军方、半导体厂、芯片制造厂等；66台台3MJ/8MVA3MJ/8MVA小型小型SMESSMES安装在威斯康星州公用电力北方环型输电网；安装在威斯康星州公用电力北方环型输电网；88台台3MJ/8MW D-SMES3MJ/8MW D-SMES在田纳西州在田纳西州TVATVA电管局电管局500kV500kV输电网；输电网；日本、德国、意大利、法国、芬兰、韩国等都有相关需求或应用研究。日本、德国、意大利、法国、芬兰、韩国等都有相关需求或应用研究。2024/8/2115超导电机（电动机和发电机）超导电机（电动机和发电机）超导电机的优越性

26、超导电机的优越性超导电机的优越性超导电机的优越性 体积小，约为常规同等电机体积小，约为常规同等电机体积小，约为常规同等电机体积小，约为常规同等电机1/5-1/101/5-1/10； 重量轻，约为常规同等电机重量轻，约为常规同等电机重量轻，约为常规同等电机重量轻，约为常规同等电机1/5-1/101/5-1/10； 效率高，比常规同等电机高，特别是在效率高，比常规同等电机高，特别是在效率高，比常规同等电机高，特别是在效率高，比常规同等电机高，特别是在 P POO/P/PN N低时；低时；低时；低时； 简化系统结构，改善简化系统结构，改善简化系统结构，改善简化系统结构，改善系统系统系统系统可靠性可靠

27、性可靠性可靠性。超导电机的应用前景超导电机的应用前景超导电机的应用前景超导电机的应用前景 大容量（例如大于大容量（例如大于大容量（例如大于大容量（例如大于30MVA30MVA）的超导电机）的超导电机）的超导电机）的超导电机 具有明显的经济性，可以大大地节省具有明显的经济性，可以大大地节省具有明显的经济性，可以大大地节省具有明显的经济性，可以大大地节省 空间，降低重量；空间，降低重量；空间，降低重量；空间，降低重量； 是超大型电机的必然选择；是超大型电机的必然选择；是超大型电机的必然选择；是超大型电机的必然选择； 超导电机特有优势的应用，超导电机特有优势的应用，超导电机特有优势的应用，超导电机特

28、有优势的应用，33,500hp电机实例电机实例2024/8/2116超导发电机超导发电机研究开研究开发单发单位位主要技主要技术术参数参数状况状况日本Super G-M计划10kV/79MW发电机2000年完成概念设计日本Super G-M计划19kV/200MW发电机2006年启动概念设计美国超导公司8MW超导同步调相机（订货）2004年投入电网运行美国GE公司100MVA同步发电机2004年开始概念设计美国超导公司2.4kV/5MW电动机2005年完成载荷调试美国超导公司6.6kV/36.5MW电动机2009年2月载荷调试美国超美国超导导公司公司10MW风风力力发电发电机机2012年投入运行

29、年投入运行美国美国Zenergy公司公司8-10MW风风力力发电发电机机2010年启年启动动英国英国Converteam8MW风风力力发电发电机机N/A德国西门子公司6.6kV/4MW电动机2005年试验运行韩国DAPAS计划3.3kV/1MW电动机2008年完成测试中国712研究所1MW高温超导船舶电机2010年投入运行高温超导电机的潜在应用及未来市场高温超导电机的潜在应用及未来市场高温超导电机的潜在应用及未来市场高温超导电机的潜在应用及未来市场15 rpm150 rpm1500 rpm15,000 rpmHTS风力风力发电机发电机舰船推进舰船推进电动机电动机标准驱动标准驱动及发电机及发电机

30、高转速驱动高转速驱动汽轮机汽轮机2024/8/2117来源：来源：来源：来源：Matthews, Physics Today, 62(4), 25, April 2009Matthews, Physics Today, 62(4), 25, April 2009超导风力发电机超导风力发电机降低体积重量、提高功率密度和效降低体积重量、提高功率密度和效率，率，高温超导风力发电机高温超导风力发电机n高温超导体的载流密度是Cu的约约100倍倍；n超导风力发电机的功率密度远高于常规电机；n大容量超导风力发电机电机的尺寸和重量可减少到同规格常规电机的 1/5和和1/3。n超导发电机效率可在现有 电 机 基

31、 础 上 提 高0.5%1.0%。高温超导风力发电机高温超导风力发电机高温超导风力发电机高温超导风力发电机2024/8/2118超导风力发电机超导风力发电机美国美国AMSC公司：公司：10MW超导风力发电机超导风力发电机美国超导公司（美国超导公司（AMSC）；）；正在进行正在进行10MW（12rpm）高温超导风力发电机的经济评估和验证；高温超导风力发电机的经济评估和验证；可以将其重量由常规发电机的可以将其重量由常规发电机的300t降至降至120t；将于将于2014年年投运。投运。10MW10MW超导超导超导超导风力发电机风力发电机风力发电机风力发电机2024/8/2119超导风力发电机超导风力

32、发电机英国英国Converteam公司：公司：8MW超导风力发电机超导风力发电机英国英国Converteam公司：公司：8MW/12rpm 超导直驱风力发电机；超导直驱风力发电机；英国商业工业部支持，已完成超导线圈制造、测试；英国商业工业部支持，已完成超导线圈制造、测试；体积是常规电机的体积是常规电机的1/4，发电成本可节约，发电成本可节约25%。HTSHTS线圈线圈线圈线圈定子绕组定子绕组定子绕组定子绕组低温杜瓦低温杜瓦低温杜瓦低温杜瓦来源：来源：来源：来源：ConverteamConverteam ATG ATG2024/8/2120多功能集成超导电力装置多功能集成超导电力装置美国美国AM

33、SC公司：超导限流电缆公司：超导限流电缆基于铜导电材料的变电站现状基于铜导电材料的变电站现状基于铜导电材料的变电站现状基于铜导电材料的变电站现状基于基于基于基于HTSHTS超导材料的变电站未来超导材料的变电站未来超导材料的变电站未来超导材料的变电站未来 美国美国美国美国HYDRAHYDRA计划，计划，计划，计划，Secure Super GridsSecure Super Grids技术的重要组成部分；技术的重要组成部分；技术的重要组成部分；技术的重要组成部分；200m/13.8kV/4kA200m/13.8kV/4kA，短路故障电流为，短路故障电流为，短路故障电流为，短路故障电流为40kA6

34、7ms40kA67ms；20102010年进行测试，将安装在纽约曼哈顿运行，连接两座变电站。年进行测试，将安装在纽约曼哈顿运行，连接两座变电站。年进行测试，将安装在纽约曼哈顿运行，连接两座变电站。年进行测试，将安装在纽约曼哈顿运行，连接两座变电站。超导电缆是如何限流的？超导电缆是如何限流的？超导电缆是如何限流的？超导电缆是如何限流的？2024/8/2121多功能集成超导电力装置多功能集成超导电力装置中国科学院电工研究所：超导限流储能系统中国科学院电工研究所：超导限流储能系统属于世界首创的概念及技术属于世界首创的概念及技术属于世界首创的概念及技术属于世界首创的概念及技术概念概念概念概念：是一种新

35、概念超导电力装置，兼具超导是一种新概念超导电力装置，兼具超导是一种新概念超导电力装置，兼具超导是一种新概念超导电力装置，兼具超导 储能和限流的特点，属世界首创。储能和限流的特点，属世界首创。储能和限流的特点，属世界首创。储能和限流的特点，属世界首创。工作工作工作工作：在电网正常工作时，它工作在超导储能：在电网正常工作时，它工作在超导储能：在电网正常工作时，它工作在超导储能：在电网正常工作时，它工作在超导储能 模式，可完成所有电能质量补偿功能；模式，可完成所有电能质量补偿功能；模式，可完成所有电能质量补偿功能；模式，可完成所有电能质量补偿功能； 在电网发生短路故障时，它可以限制短在电网发生短路故

36、障时，它可以限制短在电网发生短路故障时，它可以限制短在电网发生短路故障时，它可以限制短 路电流，使非故障侧的电压水平基本保路电流，使非故障侧的电压水平基本保路电流，使非故障侧的电压水平基本保路电流，使非故障侧的电压水平基本保 持不变持不变持不变持不变。具有十分明显的优越性具有十分明显的优越性具有十分明显的优越性具有十分明显的优越性可解决用限流器和储能装置才能解决的问题可解决用限流器和储能装置才能解决的问题可解决用限流器和储能装置才能解决的问题可解决用限流器和储能装置才能解决的问题，与系统内其它元件可实现最优化运行和控制与系统内其它元件可实现最优化运行和控制与系统内其它元件可实现最优化运行和控制

37、与系统内其它元件可实现最优化运行和控制；二者功能相互弥补二者功能相互弥补二者功能相互弥补二者功能相互弥补，储能模式可抵消限流稳态储能模式可抵消限流稳态储能模式可抵消限流稳态储能模式可抵消限流稳态 时对系统的影响；限流时对系统的影响；限流时对系统的影响；限流时对系统的影响；限流模式可模式可模式可模式可减小故障时对装减小故障时对装减小故障时对装减小故障时对装 置的储能量要求置的储能量要求置的储能量要求置的储能量要求；简化电网的结构简化电网的结构简化电网的结构简化电网的结构、降低超导装置的总体造价降低超导装置的总体造价降低超导装置的总体造价降低超导装置的总体造价；实现系统的升级实现系统的升级实现系统

38、的升级实现系统的升级。20052005完成世界首套完成世界首套完成世界首套完成世界首套100kJ/25kW100kJ/25kW超导限流储能系统超导限流储能系统超导限流储能系统超导限流储能系统2024/8/21221MJ1MJ超导储能系统超导储能系统超导储能系统超导储能系统10kV10kV超导限流器超导限流器超导限流器超导限流器10kV10kV超导变压器超导变压器超导变压器超导变压器75m75m高温超导电缆高温超导电缆高温超导电缆高温超导电缆世界首座超导变电站已经于世界首座超导变电站已经于2011年年2月正式投入配电网运行月正式投入配电网运行中国科学院电工研究所中国科学院电工研究所全球首座超导变

39、电站建成投全球首座超导变电站建成投运运2024/8/2123超导电缆超导电缆中国科学院电工研究所中国科学院电工研究所1m Cable1m Cable6m Cable6m Cable10m Cable10m Cable75m Cable75m Cable19981998中国十大科技进展之一中国十大科技进展之一中国十大科技进展之一中国十大科技进展之一20002000中国第一根超导直流电缆中国第一根超导直流电缆中国第一根超导直流电缆中国第一根超导直流电缆20032003中国第一组三相交流超导电缆中国第一组三相交流超导电缆中国第一组三相交流超导电缆中国第一组三相交流超导电缆20042004当时世界最长

40、的并网运行三相交流超导电缆当时世界最长的并网运行三相交流超导电缆当时世界最长的并网运行三相交流超导电缆当时世界最长的并网运行三相交流超导电缆380m/10kA Cable380m/10kA Cable20112011即将成为即将成为即将成为即将成为世界首组在工业应用的大电流超导母线世界首组在工业应用的大电流超导母线世界首组在工业应用的大电流超导母线世界首组在工业应用的大电流超导母线2024/8/2124超导电力技术的关键技术超导电力技术的关键技术n实实用用化化高高温温超超导导材材料料制制备备技技术术：形形成成千千米米量量级级长长度度的的高高温温超超导导带带材材批批量量生生产产能能力力，研究开发

41、出具有更高临界温度和更广应用前景的实用化新型超导材料；研究开发出具有更高临界温度和更广应用前景的实用化新型超导材料；n大大型型高高温温超超导导磁磁体体制制造造技技术术：重重点点解解决决大大电电流流冲冲击击和和快快速速充充放放电电超超导导磁磁体体的的优优化化设计、稳定性、均流和环流、失超保护等关键技术问题；设计、稳定性、均流和环流、失超保护等关键技术问题；n低低温温高高电电压压绝绝缘缘技技术术：重重点点解解决决低低温温绝绝缘缘材材料料及及其其制制备备关关键键技技术术，解解决决超超导导电电力力装置在低温高电压环境下的绝缘工艺和绝缘技术；装置在低温高电压环境下的绝缘工艺和绝缘技术；n超导电力装置的终

42、端和电流引线技术超导电力装置的终端和电流引线技术；n长距离低温杜瓦管制造及其连接技术长距离低温杜瓦管制造及其连接技术；n大型非金属低温容器制造技术大型非金属低温容器制造技术；n大大冷冷量量制制冷冷技技术术：重重点点解解决决制制冷冷机机的的设设计计、制制造造技技术术以以及及长长时时间间运运行行可可靠靠性性问问题题，解决制冷系统优化设计、流程设计、在线检测与故障诊断技术；解决制冷系统优化设计、流程设计、在线检测与故障诊断技术；n实时监测与故障预测预警技术实时监测与故障预测预警技术；n超超导导电电力力装装置置与与电电力力系系统统的的匹匹配配协协调调运运行行技技术术：重重点点解解决决超超导导电电力力装

43、装置置的的电电磁磁兼兼容容、动动态态特特性性与与电电力力系系统统稳稳定定性性之之间间的的相相互互作作用用和和影影响响，研研究究电电力力系系统统对对电电力力装装置的动态特性要求和多台超导装置在电力系统中的协调运行问题。置的动态特性要求和多台超导装置在电力系统中的协调运行问题。2024/8/2125超导电力技术的发展趋势超导电力技术的发展趋势n向向更更高高电电压压等等级级或或更更大大容容量量方方向向发发展展：从从配配电电级级向向输输电电级级方方向发展；向发展； n向向原原理理多多样样化化和和功功能能集集成成化化方方向向发发展展：限限流流器器的的原原理理多多样样化化、多种功能集成化；多种功能集成化；

44、n为为可可再再生生能能源源的的发发展展服服务务：解解决决可可再再生生能能源源并并网网问问题题、发发展展超导风力发电机；超导风力发电机；2024/8/2126超导电力技术的发展战略目标超导电力技术的发展战略目标v总体目标总体目标全面突破超导电力技术在未来电网应用中的核心关键技术，形成从超导材料至全面应用的完整研发链和产业链，使超导电力技术成为我国未来电网技术的核心，基于超导电力技术构建国家电力主干网，发展并形成完善的超导电力系统理论体系。v20112020第代高温超导材料实现规模化生产，液化天然气（LNG）温区的高温超导材料取得重大突破；应用于110-220kV的超导电力技术实现市场化并得到小规

45、模应用；应用于输电系统中的超导电力技术的核心关键科学技术取得突破并实现在输电系统中的实际应用；初步掌握超导电力核心关键科学技术、超导电力技术与电力系统匹配协调运行关键科学技术。v2021-2035发展出200K以上的高临界温度超导体，LNG温度的高温超导材料实现批量生产；超导电力技术在电力系统中的应用进一步拓展和推广；基于超导电缆技术的LNG能源输送得到规模应用；超导电力技术逐渐成为电力系统中的核心和关键技术，并以其为核心开始构建国家电力主干网。v2036-2050实用化常温超导材料取得重大突破并实现大批量生产；超导电力技术在电力系统中得到了多层次的大规模应用，超导电力技术成为未来电网的核心；

46、基于超导电力技术的国家电力主干网基本形成；发展并形成完善的超导电网和超导电力系统基本理论体系。2024/8/2127超导电力技术的发展路线图超导电力技术的发展路线图2024/8/2128超导电力技术的近期发展重点超导电力技术的近期发展重点v实用化第实用化第代高温超导材料制备技术以及代高温超导材料制备技术以及LNG温区新型超导材料探索研究温区新型超导材料探索研究研制出千米级长度的第代高温超导带材为突破口，形成规模化产业，参与国际竞争；开展运行于LNG温区的新型超导材料研究，实现基于超导电力技术的LNG和电力同步传输应用。v面向输电系统应用的面向输电系统应用的220kV级高温超导限流器级高温超导限

47、流器以研究开发出用于220kV级的超导限流器为阶段目标，形成批量生产能力。v大容量交直流高温超导电缆大容量交直流高温超导电缆以110-220kV及以下中压等级的高温超导电缆的实际应用为阶段目标；推进工业应用的大容量超导直流电缆和110-220kV交直流高温超导输电电缆的研究开发和应用。v中等容量超导储能系统中等容量超导储能系统以MJ/MW级小型超导储能系统的产业化为先导；开发出100MJ/100MW级中等容量超导储能系统，投入市场并形成批量生产能力。v5-10MW级超导电机级超导电机开发出5-10MW级用于舰船推进的超导电机以及用于风力发电的直驱式超导发电机。v超导电力系统的关键科学技术超导电

48、力系统的关键科学技术建立超导电力装置的动力学模型、研究超导电力系统的理论问题；建立超导电力系统的动态仿真平台。v大冷量大冷量G-M制冷机和脉冲管制冷机制冷机和脉冲管制冷机开发出在液氮温区制冷功率200-500W的G-M制冷机和脉冲管制冷机，提高使用寿命至25年以上；形成G-M制冷机和脉冲管制冷机的批量生产能力。2024/8/2129超导电力技术的近期技术路线图超导电力技术的近期技术路线图2024/8/2130发展超导电力技术的建议发展超导电力技术的建议v国家应该在超导电力技术的研究发展中起主导作用国家应该在超导电力技术的研究发展中起主导作用以国家经费投入和政策扶持为主，用国家意志实现超导电力技

49、术的发展；在国家层面成立专家组，对超导电力技术的发展态势进行研究，提出国家超导电力技术发展战略及相应的实施措施。v成立成立“超导电力技术行动计划超导电力技术行动计划”和和“新型超导体行动计划新型超导体行动计划”设立“超导电力技术行动计划”，制定超导电力技术研究及其产业化的全面目标和远中近期目标；设立“新型超导体行动计划”，整合国内优势资源，长时间予以持续资助，以运行于LNG温区的新型超导体的探索研究为突破，确保新型高温超导材料的研究不断实现重大进展和实用化发展。v整合优势资源，发挥政策导向作用整合优势资源，发挥政策导向作用推进包括核心科研院所、高等院校以及电力行业、电工装备制造企业、社会风险投

50、资公司等各种社会资源的优势集成，分工合作、协同攻关；对行业在示范和推广超导电力技术方面予以激励政策或配额制的政策。v加强产（生产）、学（院校）、研（研发）、用（用户）的联合加强产（生产）、学（院校）、研（研发）、用（用户）的联合用户部门提出技术要求、应该解决的关键问题和组织进行示范运行并建立标准测试平台；研发单位和大专院校重点解决应用基础问题、共性关键技术以及原理创新；产业部门重点解决工艺、配套技术和系统集成，实现在联合中的信息快速反馈和有效联动。v加速培养和引进高素质的科技人才加速培养和引进高素质的科技人才在全国范围内形成面向不同核心技术的创新团队，稳定300名左右的骨干队伍。2024/8/2131本报告待补充的内容？本报告待补充的内容？n超导材料发展现状及发展趋势与前景预测；超导材料发展现状及发展趋势与前景预测；n大冷量低温制冷技术发展现状及发展趋势与前景预测；大冷量低温制冷技术发展现状及发展趋势与前景预测；2024/8/2132THANK YOU FOR YOUR ATTENTION2024/8/2133