超导储能是一种无需经过能量转换而直接储存电能的方式,它将电流导入电感线圈,由于线圈由超导体制成,理论上电流可以无损失地不断循环,直到导出。目前,超导线圈采用的材料主要有铌钛(NbTi)和铌三锡(Nb3Sn)超导材料、铋系和钇钡铜氧(YBCO)高温超导材料等,这些材料的共同特点是需要运行在液氦或液氮的低温条件下才能保持超导特性。因此,目前一个典型的超导磁储能装置包括超导磁体单元、低温恒温以及电源转换系统等。
超导磁储能具有能量转换效率高(可达95%)、毫秒级响应速度、大功率和大容量系统、寿命长等特点,但与其它技术相比,超导储能系统的超导材料及维持低温的费用较高。未来要实现超导磁储能的大规模应用,仍需在发展适合液氮温区运行的MJ级系统的超导体,解决高场磁体绕组力学支撑问题,与柔性输电技术结合,进一步降低投资和运行成本,分布式超导磁储能及其有效控制和保护策略等方面开展研究。
另据消息,美国能源部为了支持风电产业发展,正支持一个项目以验证超导磁储能(SMES)是否可以应用于风电并网环节。美国能源部下属的研究计划署——能源办公室(ARPA-E)给予420万美元资金,支持来自瑞士的ABB和少数几个合作伙伴一起建立一个3.3KWH的概念性超导磁项目,以期有实现兆瓦级的应用。
美国能源部之所以对超导磁储能感兴趣,是因为超导磁储能装置具有高达95%的转换效率,不仅可用于调节电力系统,而且可用于降低甚至消除电网的低频功率振荡从而改善电网的电压和频率特性。为此,ABB、Brookhaven国家实验室、休斯顿大学和超导导线制造商SuperPower正通力合作,以期终制造出一个1—2MW的电网规模的储能设施,使其可以在新能源发电大规模储能应用上,可以和压缩空气储能以及抽水蓄能等储能方式竞争。
超导磁储能系统(SMES)是利用超导装置将电磁能直接储存起来,需要时再将电磁能返回电网或其他负载的电力装置。由于装置采用超导结构,储能状态下装置损耗很小,因而效率比常规装置高。同时超导储能系统释能速度快,能实现快速的有功、无功功率补偿,对于提高电力系统稳定性、抑制低频振荡、改善供电品质都有良好的应用前景,也能应用于太阳能发电、风力发电等功率输出不稳定的系统以提高其并网性能。
(国家能源局能源节约和科技装备司)
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