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超导磁储能的过去与现在

  1969年Ferrier提出了利用超导电感储存电能的概念。20世纪70年代初,威斯康辛(Wisconsin)大学应用超导中心利用一个由超导电感线圈和三相AC/DC格里茨(Graetz)桥路组成的电能储存系统,对格里茨桥在能量储存单元与电力系统相互影响中的作用进行了详细分析和研究,发现装置的快速响应特性对于抑制电力系统振荡非常有效,开创了超导储能在电力系统应用的先。

        70年代中期,为了解决BPA(BonnevillePowerAdministration)电网中从太平洋西北地区到南加州1500km的双回路交流500kv输电线上的低频振荡问题,提高输电线路的传输容量,LASL和BPA合作研制了一台30MJ/10MW的SMES并将其安装于华盛顿塔科马(Tacoma)变电站进行系统试验。30MJSMES系统是超导技术在美国第一次大规模的电力应用,现场试验结果表明SMES可以有效解决BPA电网中从太平洋西北地区到南加州双回路交流输电线上的低频振荡问。

  1987年起,美国核防御办公室(DefenseNuclearAgency,DNA)启动了SMES-ETM(EngineeringTestModel)计划,开展了大容量(1~5GWh)SMES的方案论证,工程设计和研。到1993年底,R.Bechtel团队建成了1MWh/500MW的示范样机,并将其安装于加利福尼亚州布莱斯,可将南加里福尼亚输电线路的负荷传输极限提高8%。

  此外,美国在小容量SMES研究和应用方面也开展了大量和卓有成效的工作。1988年,SI公司开始进行中小容量(约1~3MW/1~10MJ)和可移动SMES的开发和商业化,以解决供电网和特殊工业用户的电能质量问题。此后,ASC公司在SI的基础上,又提出了分布式SMES(DistributedSMES,D-SMES)等概念,并对诸如改善配电网的电能质量、为对电能质量敏感的工业生产基地提供高质量不间断电源以及提高供电网电压稳定性问题进行了研。

        1990~2004年间,SI/ASC公司先后有约20多台SMES投入运行。美国、德国和日本等都提出研制100kwh等级的微型SMES,这种SMES可为大型计算中心、高层建筑及重要负荷提供高质量、不间断的电源,同时也可用于补偿大型电动机、电焊机、电弧炉、轧机等波动负载引起的电压波动,它还可用作太阳能和风力发电的储能等。美国AMSC公司还提出研制一种新的D-SMES,用于配电网的功率调节。目前,美国已有多台微型超导储能装置在配电网中实际应用,美国还将研制100MJ/50MW的SMES安装在CAPS(theCenterforAdvancedPowerSystem)基地,SMES不仅可以为脉冲功率试验提供能量支撑,而且它的现场师范运行对军用和民用SMES技术的发展都很有意义。

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