试论超导技术在未来电网中的应用

方向东+闻建平

摘要：本文对超导技术在未来电网中的应用进行了全方位的剖析，首先简要分析了未来电网所面临可再生能源发展带来的挑战，其次深入阐释了超导技术的科学内涵与基本知识，接着列举了超导技术在电网系统中的应用，最后笔者在结合自身多年专业理论知识与实践经验的基础上提出了建设性的有效策略。希望本文可以在一定程度上为相关的专业学者提供参考与借鉴，如有不足之处，还望批评指正。

关键词：超导技术；未来电网；应用；探究分析

1.未来电网所面临可再生能源发展带来的挑战

近年来，可再生能源得到了突飞猛进的进步，随着我国经济的高速发展使得电力需求日益扩大，这就使得人们认识到可再生能源的潜在力，它的主要利用方式就是发电，它也逐步使得化石能源退出历史舞台，因此，可再生能源发展对未来电网带来了严重的挑战，集中体现在以下几点：首先，常规电气设备占地大，而我国的人口密度很高，电网建设就面临着挑战；其次，我国电力网络损耗严重，因此需要提升电网的效率与降低损耗，减少远距离输送带来的传输损耗；再者，电网安全稳定性与不可预知性会导致用电事故的频发，这就需要充分整合各种绿色资源的时空互补性；最后，一般负荷中心与蕴藏丰富可再生能源地域的距离都比较的远，这就使得大容量传输电力有广阔的发展前景，如果缺少新型的电力输送技术，就会激化用地矛盾。

2.超导技术的科学内涵与基本知识

2.1超导体的三种显著特性

本文对超导技术在未来电网中的应用进行探究分析就必须要熟知超导体的三种显著属性，主要有以下三种：一是约瑟夫森效应，它的与众不同就在于它的电子隧道效应不一样，它的应用范围主要集中在微弱电磁场测量等区域，更多的是超导电子学；二是零电阻，电子在高速运转中会与各种杂乱无章的原子发生摩擦撞击而无秩序且加剧能量的损耗，这就是所谓的电阻，一般情况下，温度的高低决定着电阻的大小，电子的運动方向在没有外加电场的干扰之下是没有方向性的；三是迈斯纳效应，它指的是超导体内部的磁场感应强度是零，它更多的应用于磁屏蔽与磁悬浮等领域中，此外，超导体还有三个临界值，即临界磁场、临界电流密度、临界温度。

2.2实用超导线材

超导技术的典型优势就是可以为我国的电网系统提供大容量与低损耗的电能流量，并能同时确保电力远距离传输的安全稳定性，而这都是与实用超导线材有着密不可分的联系，实用超导线材分为低温超导线材、高温超导体、超导线材中的交流损耗。首先，高温超导体是有陶瓷性质的金属氧化物超导体，它多分布于液氮温区，它的交流损耗与拉伸性都比较好，还可以统筹兼顾好临界磁场强度、资金成本、机械性能三者之间的动态平衡；其次，低温超导线材能提高超导的安全稳定性，它是若干根单股线绞合成通电容量更大的实用导体，加强了机械的强硬度；再者，超导线材中的交流损耗能防止细丝间的超导接触进而削弱电磁耦合，将超导体的几何尺寸控制在合理范围之内。

2.3超导体内部的电磁特性

所谓的超导体内部的电磁特性也在超导技术中发挥着重要的作用，主要集中表现在以下四个方面：第一，磁滞损耗，磁滞损耗在超导体中往往与导体几何尺寸的大小成正比例关系，磁滞是因为钉扎力而促使磁通量发生变化进而妨碍超导体的正常运转；第二，磁通运动与磁通运动阻抗，磁通线在洛伦兹力的作用下运动而感应出电势，超导材料的固有参数直接关乎着磁通运动阻抗的大小，如果阻抗过于激烈就会不利于超导态的稳定并产生热量；第三，第一类与第二类超导体，前者在外加磁场小于临界磁场时会难以进入超导体，后者在下部临界磁场大于外加磁场时会使磁化率逐步降低为零；第四，磁通跳跃与钉扎，借助于人为来制造缺陷可以有效防止磁通运动的活跃性，进而确保超导技术在电网中的电磁力平衡。

3.超导技术在电网系统中的应用

3.1超导储能器与超导电机

针对超导技术在电网系统中的应用来讲，应用最为广泛的就是超导电机与超导储能器，二者共同为超导技术的高质量运转添砖加瓦。超导储能器指的是在电网出现波动时而反馈出来的释放能量信号，这极大的有利于增强电网系统的静态稳定性与系统电压，经过科学的调查研究资料显示，美国某些区域已经广泛应用了小型超导储能器，最终的结果是可以很好地解决电压不平稳的问题，进而消除大功率低频振荡的威胁。超导电机鲜明的优势就在于改善电网系统的稳定性，它与发电机的电抗成正比例关系，它还能释放出较高的发电效率，有助于提升定子绕组的绝缘水平，将电能耗损管控在合理范围之内，加大的节约了国家电网的资金建设成本，值得深入推广使用。

3.2超导限流器与超导变压器

就超导技术在电网系统中的应用来讲，另一大突破就是超导限流器与超导变压器，一方面，所谓的超导限流器就是一个次级绕组短路的变压器，它释放出来的磁通能够全部消除初级绕组释放的磁通，这会在一定程度上极大的限制短路电流，它的主要功能就是在有安全故障时能灵敏的截断电流，在日常的运营中降低损耗，进而良好的确保短路电流维持好电网系统的稳定性。另一方面，超导变压器的使用寿命受到温度的牵制，温度越高使用寿命越低，承载能力也就越差，一般情况下，超导变压器是把铁芯与绕组全部放到液氮容器之内并借助于流动制冷剂来实现超导技术在电网中的应用。

4.提升超导技术在未来电网应用中质量的有效策略

4.1进一步大幅度降低高温超导材料的价格

要想从根本上提升超导技术在未来电网中的应用质量，首先就是要进一步大幅度的降低高温超导材料的价格成本，因为它的价格往往是其他材料的十倍，这就使得它的推广普及应用力度难以得到有效的支持与，高温超导材料本身存在的安全稳定性、运行维护平衡性都比较的差，希望相关的专业技术人员能对此引起广泛的关注与重视，积极采取及时有效的措施予以解决。与此同时，相关的领导者还应该注重对超导技术人员整体素质水平的提升，始终从专业理论知识与实践操作技能为出发点与落脚点，全面促进我国超导技术在各个领域的应用发展。

4.2提高辅助设备与超导材料的临界温度

首先，所谓的提高辅助设备就是提高超导材料的临界温度，极大的有利于促进电网系统中的制冷与低温效果更加便捷高效，先进发达的机械设备不仅能提高工作效率，还能降低电网设备的故障损坏率与停机安全事故率，进而确保超导技术能在未来电网中长期稳定的运转，促进经济的可持续健康发展。其次，所谓的提高超导材料临界温度就是尽可能的降低资金成本的投入，因为往往运行温度与资金成本成反比例关系，也会充分体现出超导电力设备的综合效率，还应该全面提升超导技术的改革创新，进而为电力企业提供较高质量的电力供应，确保广大居民用户的用电安全与稳定。

结束语：

综上所述，本文对超导技术在未来电网中的应用进行探究分析具有重要的现实性意义，随着我国经济实力的迅猛发展与科学技术的快速提升，专业技术人员对超导技术的改革创新与深入探究也上升到了一个新的高度并取得了突破性的进步，该技术在电网中的推广普及与应用就是新时期电力科学技术进程中最伟大且最具潜力的发明，超导技术也完成了从试验阶段到实际工程应用的跨越，为我国的可再生能源有巨大的帮助，有利于实现经济社会的可持续发展，因此，超导技术在我国未来的电网中有着光明广泛的前途。

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