锂电池定制16年-动力锂电池系统解决方案商

 

什么是超导磁储能系统及其组件

超导磁储能系统是一种利用超导线圈直接储存电磁能，然后在需要时将电磁能返回电网或其他负载的电力设施。本文将从工作原理、优缺点、应用场景、挑战、发展等方面介绍超导磁储能。

超导磁储能装置通常由以下部分组成：

● 超导磁体

● 低温系统

● 磁铁保护系统

● 功率调节系统

● 监控系统

这种结构最早是由美国阿拉莫斯实验室（LANL）提出的，后来的设备研究通常以此为参考。

 

超导磁储能是如何工作和传递能量的

在正常运行期间，电网电流通过整流对超导电感器充电，然后保持恒定电流运行。由于超导线圈用于能量存储，存储的能量几乎可以永久存储而不会损失，直到需要释放为止。

在电网中出现瞬态电压下降或突然上升以及瞬态有功功率不平衡的情况下，可以从超导电感器中提取能量，通过逆变器将能量转换为交流电，并向电网输出灵活可调的有功或无功功率，从而确保电网的瞬态电压稳定性和有功功率平衡。

 

原理图如下：

 

 

超导储能装置利用超导磁体将电能转换为电磁能进行存储（通过转换器从电网供电和励磁，线圈中产生磁场），然后在必要时将电磁能返回电网或其他负载，并通过功率转换器控制能量交换。

 

超导磁性储能材料的类型

根据工作温度的不同，超导储能线圈中使用的超导材料可分为：

● 低温超导材料

● 高温超导材料

● 室温超导材料

其中，高温超导材料的研发可以提高超导储能的实用性，扩大超导储能应用范围。

 

超导磁储能的优缺点

超导储能是一种输出功率大、响应快、安全性高、寿命长的储能技术。它是目前唯一可以直接将电能作为电流存储的储能系统。它具有一系列其他储能技术无法比拟的优势：

● 与氢储能的高消耗率相比，超导磁储能可以长期无损地储能，转换效率超过90%；

● 超导储能采用电力电子器件的电流转换技术，实现与电网的连接，响应速度快（毫秒级）；

● 由于其储能和功率调制系统的容量可以在大范围内独立选择，因此该系统可以构建成所需的大功率、大能量系统。

● 除了真空和制冷系统外，没有旋转部件，使用寿命长。

● 该系统不受位置限制，维护简单，污染小。

 

 

同时，超导磁储能的缺点也不容忽视：

● 超导储能系统的建设成本相对较高，存在经济效益问题；

● 超导储能技术需要在低温下运行，这样超导材料才能达到零电阻。低温环境维护困难；

● 由于技术和成本的限制，即使超导储能可以不受地理限制，也没有足够的商业场景可以实际实施。

 

超导磁储能的应用场景有哪些

超导磁储能的应用场景主要包括：

● 稳定的风力涡轮机

● 次同步谐振阻尼

● 联络线功率控制

● 多功能超导磁储能装置

● 通过提供瞬时有功和无功功率补偿，实现稳定的电压动态性能

● 储能（一台SMES机组最多可储存GJ级能量，储能效率可达95%）

 

超导磁储能面临哪些挑战

随着经济的快速发展，电力需求越来越大，随之而来的是电力系统规模和复杂性的增加。超导储能将面临许多重大技术问题，包括：

● 电网崩溃

● 谐波

● 短时电源故障

● 断路器不能有效排除短路故障

● 不连续和不稳定的可再生能源

 

 

世界超导磁储能技术的发展

1911年，荷兰莱顿大学的Heike Kamoline Onnes发现，当汞温度降至4.2 K时，电阻降至零，许多金属和合金都具有类似的在低温下失去电阻的特性。它将这种特殊的导电性称为“超导状态”，将处于超导状态的导体称为“超导体”。

1969年，Ferrier首次提出了超导磁储能（SMES）的概念，将其作为电力系统中平衡电力负载的装置。

目前，全球超导储能研究机构和企业主要分布在北美、西欧和东亚，如美国SuperPower、德国ACCEL集团、日本中央电力、日本东芝、中国华中科技大学、中国科学院电气工程研究所、，等

其中，美国在超导磁储能技术研究领域处于领先地位，技术水平最为先进。它是世界上最大的超导储能市场。

超导磁储能在支持电网稳定、提高电网质量和大功率设备脉冲供电方面具有潜在优势。它是近年来超导应用研究的新方向之一。随着技术的发展，超导磁储能将促进电力系统的发展和创新。