超导储能技术在可再生能源中的应用与展望

超导储能系统直接将电磁能存储在超导磁体中,无须中间转换环节,具有响应速度快、功率密度高、效率高等优点,在可再生能源领域具有重要的应用价值。总结了超导储能系统在可再生能源领域的研究现状,将其在可再生能源应用的研究归纳为如下几个方面:解决可再生能源的波动性及其引发的频率稳定性问题,解决暂态功率失衡引发的电网稳定性问题,解决可再生能源发电设备的故障穿越问题,以及解决与其他超导电力装置协同控制问题。详细介绍了超导储能系统在这些方面应用的基本原理和实现方法,评估了其技术成熟度和经济性,介绍了其典型应用案例,指出影响其未来发展的核心关键技术,并对其未来的发展进行了展望。

超导球转子悬浮特性分析及实验研究

介绍了超导球转子的悬浮结构和原理。讨论了悬浮结构的电磁分布特点和悬浮力的计算。进行了超导球转子的悬浮实验,通过控制悬浮电流可将转子悬浮在旋转轴方向上的任意高度。结果为进一步提高转子悬浮的稳定性和刚度提供了参考。

光纤位移传感器在低温装置中测量超导转子悬浮微位移的应用

介绍了一种补偿式光纤位移传感器,对比分析了该传感器在室温(293 K)下和液氮温度(77 K)下的传输特性。结果表明,该传感器能有效地消除外界环境的影响,可用于宽温度范围的位移测量。在液氦温度(4.2 K)下测量超导转子悬浮微位移的实验结果表明,该传感器可在低温下进行位移测量,测量分辨率达到10μm。实验结果为光纤位移传感器在低温环境下的应用提供了参考。

光纤传感测量系统在超导转子旋转装置中的应用

介绍了超导转子旋转驱动原理以及应用在超导转子旋转装置中的一种光纤传感测量系统。光纤传感测量系统包括微位移光纤传感器、转速光纤传感器、电机控制光纤传感器和信号读取图形,该系统能够进行转子悬浮微位移和旋转速度的测量并提供转子旋转所需的控制信号。在4.2 K低温下进行了转子悬浮和旋转实验,超导球形转子悬浮微位移测量分辨率为10μm,转子转速达到了1 365 r/min。实验结果为进一步应用光纤传感测量系统精确监控超导转子工作姿态提供了参考。

超导在加速器中的应用概况

文中简要回顾了世界上已建造的大型超导加速器 ,重点介绍未来的超导加速器方案 ,对超导新材料在加速器中的应用研究以及我国超导在加速器中的应用研究情况作了简要介绍。

超导开关研究和应用综述

超导开关是实现超导磁体闭环运行的关键部件,也称为持续电流开关(PCS),使超导磁体具有极高的磁场稳定度,广泛应用于核磁共振成像(MRI)、核磁共振谱仪(NMR)、磁浮列车、超导储能系统等技术领域。文中介绍了超导开关的工作原理和结构组成,综述了用于超导磁体的三类主要超导开关的研究发展现状,比较分析了各自的特点和优势,为应用于超导磁体闭环运行的超导开关设计提供依据。

配电网中高温超导储能系统(HTS-SMES)的电力集成应用

提出了一种用于配电网模块式集成的高温超导储能系统(HTS-SMES),设计了级联式1MJ/500kVA/10kVHTS-SMES的系统结构和运行原理。模块式高温超导储能系统(SMES)的电力集成主要包含3部分,一是MJ级的高温超导储能磁体,设计了12单元模块组合式环形高温超导储能磁体,解决了其漏磁场问题;二是用于磁体直流电流与逆变器直流电压变换的DC-DC换流器,提出了一种不对称级联式电流调节器,解决了其关断损耗问题;三是用于直流电压与交流电压变换的并网DC-AC逆变器,采用了级联式逆变器结构,解决了高压和波形质量。最后,对于1MJ/500kVA/10kV模块式集成SMES进行了仿真试验,验证了其有效性。

超导强磁场诱导织构技术在功能材料制备中的应用

超导强磁场能够诱导磁各向异性材料形成织构组织,显著改变材料的组织和性能,已经成为功能材料制备的一个重要手段.本文探讨磁场诱导磁各向异性材料形成织构组织的机制,综述强磁场诱导织构组织的研究现状,并展望这项技术在功能材料制备中的应用前景.

超导技术在未来直流输电中的应用(英文)

随着环境压力日益增长,人们已经认识到需要大力发展可再生能源。在不远的将来,可再生能源将成为电网中的主要一次能源来源。由于可再生能源具有间隙性、波动性等特点,且发电机组特性与传统能源有很大差异,从而对以交流模式为基础的电网带来巨大挑战。研究分析表明,发展直流电网将是重要的解决方案和趋势。为此,超导直流输电将有可能成为未来直流电网的一种有前景的输电方式。本文介绍了国内外在超导直流输电方面的研究进展和近期有关发展计划,并讨论了超导直流输电技术发展的瓶颈问题和技术挑战,同时探讨了未来发展超导直流输电技术的主要努力方向。

应用光纤位移传感器在液氦温度下测量超导体微位移

一些超导精密仪器结构复杂,传感器只能在仪器内部低温环境下工作。介绍了一种可用于低温下的补偿式光纤位移传感器,分析了该传感器在液氦温度(4.2K)下的输出特性并对其进行了标定。在液氦温度(4.2K)下测量超导体微位移的实验结果表明,该传感器可以在液氦温度下进行微位移测量,测量分辨率达到10μm。实验结果为该光纤位移传感器在极低温下的应用提供了参考。

超导线圈的等效热膨胀系数的理论与实验研究

给出了计算超导线圈等效热膨胀率的理论模型和计算方法,对比了各种测量材料线膨胀系数的实验方法,并且给出了低温应变片测量热膨胀系数的技术原理。采用低温应变片法测量了矩形截面导线缠绕成型的超导线圈由77 K到300 K的线膨胀系数,并将实验测试结果与理论计算结果进行了对比分析。

MgB_2带材超导接头焊接工艺的实验研究

对MgB2/Fe带材超导接头的焊接工艺进行了实验研究。首先去除带材末端的部分包裹层,再用Mg、B混合粉连接,并加压处理,最后在Ar保护气氛中热处理制成接头。样品电阻、临界电流和应力、应变性能的实验结果表明已实现坚固的具有超导电流通道的连接,其最大临界电流达本体的70%以上。

超导限流-储能系统风电场应用分析

风力发电所面临的两大重要问题是低电压穿越能力弱和功率输出不稳定。为了同时解决这两个问题,我们提出了超导限流-储能系统,并进行了单机系统的仿真研究,证实了该方案的有效性。然而对于风电场的应用,目前尚无研究。本文将超导限流-储能系统的应用扩展到风电场,分析了其提高低电压穿越能力和稳定有功功率输出的机理,并进行了仿真研究。从仿真结果来看,超导限流-储能系统能够同时提高风电场所有风机的低电压穿越能力,并能有效地平滑整个风电场的有功输出功率。考虑不同风机的互补效应,将该系统应用于风力发电场与直接应用于单台风机相比,其储能量和功率输出的要求可以大大降低,从而可以有效地减少系统总成本,因而具有更好的应用前景。

1.5T MgB_2超导实验磁体的设计和研制

采用Fe、Ni复合基底、矩形截面的MgB2超导带材,设计了一个孔径为100mm的实验磁体,以该磁体为基础,进行了中心磁场可达1.5T的制冷机传导冷却MgB2超导MRI磁体系统研究,提出了采用MgB2超导接头制作持续电流开关及改善磁体温度均匀性的技术途径,绕制并实验了其中心螺管线圈,该线圈在105A工作电流下,产生的中心磁场为0.74T。

感应加热用传导冷却YBCO高温超导磁体的热稳定性实验研究

与传统的高频交流感应加热技术相比,高温超导直流感应加热技术能够大幅度提升低电阻率、非铁磁性金属材料的透热处理加工效率。在高温超导感应加热系统中,超导磁体的热稳定性是保证系统安全稳定运行的关键。本文对传导冷却YBCO高温超导磁体进行通流实验,通过布置在磁体不同位置的多个温度传感器来监测各部分的温度情况,以温度能否在安全范围内趋于平稳作为判定条件研究超导磁体的热稳定性。同时,本文还研究了磁体载流的幅值与上升速率对磁体温升的影响。结果表明,高温超导磁体在传导冷却条件下,其长期安全稳定运行电流值的安全裕度因子选择通常比浸泡冷却式磁体略低,对于运行的实验磁体,安全裕度因子可取为0.65;传导冷却磁体远端导热性能差,可通过增加导冷点以及改善传热的方式来弥补冷却不均的缺陷;在磁体能够稳定运行的一定范围内,电流不同的上升速率对最终温升无明显影响。本文的研究成果将为今后大型传导冷却超导磁体的热稳定性分析与安全运行提供有价值的参考。

一种机械型超导开关的设计与初步实验

文中所述机械型超导开关是一种新型超导开关,其主要用做超导储能磁体的持续电流开关(persistentcurrent switch,简称PCS)。文章简要介绍机械型超导开关的原理并计算PCS的损耗,然后详述机械型超导开关的设计,最后描述初步实验结果。

电机外置式径向型高温超导飞轮储能系统样机悬浮测试及旋转实验

建立一台小容量电机外置式径向型超导飞轮储能系统样机,详细介绍样机结构及主要部件。采用灌封和粘接两种工艺,建立两套超导定子并对其进行悬浮测试。基于所建立的有限元数学模型研究样机超导轴承的磁场分布以及超导块材中的电流分布,得到其相应的变化规律。对安装了粘接超导定子的样机进行动态旋转实验,测量转子在不同稳态速度下的自由旋转和径向振动,分析其旋转特性,采用二范数研究转子径向振动幅值的变化规律。结果表明振动与旋转特性密切相关,低于共振点时转子振动随转速的上升而显著增加,进而导致转子转速不能持续上升。采用组合轴承系统限制转子振动幅度是提高系统转速和机械稳定性的有效方法。

高温超导带材在水下通讯中的应用

从两个方面分析了高温超导带材在水下超低频（30-300Hz）天线中的应用。首先提出了YBCO高温超导带材制做的水下发射天线模型;然后采用超导线圈以减小磁场环接收天线热噪声（ENF）,提高接收灵敏度。最后结合52Hz,102Hz,202Hz频段超导带材的交流损耗、超导磁场环天线ENF等测试结果,得出高温超导带材的应用可提升水下超低频天线系统性能。

磁控式高温超导开关特性研究及其在高温超导逆变中的应用

常规电力电子开关器件在开关导通时仍然有电阻,通过大电流时会产生大量的焦耳热。采用高温超导开关代替常规的电力电子开关器件,可以减少开关导通时焦耳热的产生,从而达到减少能耗、提高效率的目的。实验研究了磁控式高温超导开关的特性,研究了背景磁场方向、背景磁场强度、背景磁场变化速率等因素对磁控式高温超导开关导通和关断情况的影响,为进一步研究高温超导逆变电路奠定了基础。

基于斜坡和山体的重力储能技术研究进展

大力发展可再生能源并实现清洁能源变革,是实现碳达峰碳中和的重要途径,电网对各种储能技术的需求日益增长,而规模化储能技术是有效解决可再生能源并网问题的重要技术途径。抽水储能是标杆性的物理储能技术,技术成熟、应用广泛且装机容量最大,是规模化物理(重力)储能技术的典范;重力储能是最近引发广泛关注的新型物理储能技术,按照应用场景的不同分为多种技术类型。本文首先介绍了依托山体、倾斜矿井的斜坡重力储能的原理和结构,并根据应用场景和技术特点进行了分类阐述,包括依托山体斜坡的抽水储能、轨道式重力储能和缆索式重力储能等技术类型;然后回顾了不同类别依托斜坡重力储能技术的研究进展和应用情况,并阐述了每种技术类型的优势和不足;据此提出一种更为优化的斜坡重力储能技术——斜坡缆-轨式重力储能技术,不仅融合了斜坡轨道式重力储能与斜坡悬架缆车式重力储能的优点,且避免了两者的缺点;最后概述了当前斜坡重力储能技术存在的关键问题,并就其发展与推广应用进行了展望。