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超导电缆行业现状分析及市场前景预测

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2007/12/26 21:27:05   

 关键词:  电缆 现状 市场

西部超导材料科技有限公司李超鲲1杨鹏飞2摘要:本文介绍了超导电缆材料性能以及较普通电缆在电力传输中的节能优越性,分析了我国超导电缆行业的生产企业及现状,与国际、国内的超导电缆的研发和生产企业进行了广泛、深入的比较,并对目前国内的超导电缆市场情况进行了分析,并对整个行业市场的前景作了预测。关键词:超导电缆行业现状市场前景预测一、高温超导材料的性能特点、制备工艺和方法及电力传输方面的优越性;1、基本特性超导材料有两个基本特性。其基本特性之一是零电阻,就是说在超导临界转变温度之下,超导体可以在无电阻的状态下传输电流。超导体的另一个基本特性是完全抗磁性。也就是说超导体在处于超导状态时,可以完全排除磁力线的进入。这个现象是迈斯纳(Meissner)和奥克森费尔德(Oschenfeld)在1933年发现的,所以称做迈斯纳效应。严格说来,完全抗磁性是超导体的更本征的特性。迄今为止,除了超导体外,还没有发现其它任何材料具有完全抗磁性。而对于零电阻和非常小的电阻的区别,在量上是很难定义的,尤其是在测量中受到所使用仪器精度的限制。所以人们在鉴别某种材料是否是超导体时,除了使用电阻法来测量样品的电阻外,更多的是使用磁测量的方法来测量样品的抗磁性。当然,现在如果要鉴定某种材料是否是超导体,两种方法会同时使用,使结论更加准确。即使在低于超导临界转变温度时,超导体也不是可无限制地通过电流而仍处于无电阻的状态。当所通过的电流达到某一数值时,超导体将失去超导特性,变成具有电阻的一般正常导体。在一定温度下(这个温度一定低于超导体的临界转变温度),这个使超导体转变成正常导体的电流值就称为该超导体临界电流。为了更好地把超导体的超导载流能力与材料固有性质联系起来,人们一般用临界电流密度来表述超导体的载流能力。临界电流密度定义为临界电流/超导体通流截面积。另外,超导体在不同的温度下的临界电流密度是不同的。温度越低,临界电流密度会越大。所以在谈及临界电流密度时应指出是在什么温度下的临界电流密度。此外,超导体的超导临界转变温度、临界电流密度和临界磁场强度是相互关联的三个基本参数。2、制备工艺及方法高温超导材料在强电领域中的应用,通常要加工成由超导体和正常金属构成的多丝复合线或带。但是,高Tc氧化物超导体无法直接拉成细丝,一般采用特殊工艺将高温超导体拉拔成丝或轧成薄带。
(1)OPIT法
将超导粉末填充到正常金属管内,拉拔成丝或轧成薄带。然后在800~900℃下热处理10~100小时,并在惰性气体内冷却。例如,Ag套管填充Bi系氧化物粉末(OxidePowderinTube-OPIT法或简称PIT法)制成的Ag套管Bi系超导线/带材。其工艺示意图如下:用PIT方法制作的高温超导线材称为第一代高温超导导线。
(2)Coated-Conductor方法
这是为发展稀土族高温超导线材为目的的高温超导线材工艺。这个工艺的原理是在金属带状基底上镀以超导浆液,然后将镀后的复合线绕成线圈,再缓慢加热至930℃,保温16~40小时,并在氧气中冷却,以便进行含氧量的控制。最近以Ni或Ni合金为基底,选用适当的隔离层,用薄膜技术制备Y系123相厚膜的工作有很大进展。其中利用IBAD法、RABiTS法制备的Y系123相厚膜技术最为显著。
a、IBAD技术
利用IBAD(Ion-Beam-AssistedDeposition)技术,首先在Ni基底上制备双轴织构的YSZ隔离层,然后用PLA(PulsedLaserAblation)法,在隔离层上制取双轴织构的高临界电流密度Y123超导厚膜。其工艺示意图如下:b、RABiTS技术首先利用RABiTS(RollingAssistedBiaxiallyTexturedSubstrates)技术获得高质量的双轴织构的Ni基底,然后用激光融蚀法在Ni基底上沉积Pd和CeO2膜,再在CeO2膜上外延YSZ和高临界电流密度Y123超导厚膜。其工艺示意图如下:CoatedConductor被称为第二代高温超导导线。Y123CoatedConductor具有BufferLayer结构,其临界电流主要受夹在多晶耐热合金带和全轴取向超导层(YBCO)之间的中间层特性的影响。3、高温超导电缆在输电方面的优越性高温超导电缆与常规电缆相比,具有损耗低、体积小、传输容量大的优点。在相同截面下,超导电缆的输电容量比常规电缆高3~5倍,功率损耗仅为常规的30%~40%。计算表明,输送容量越大,高温超导电缆的性价比越高。在重量、尺寸相同的情况下,与常规电缆相比,高温超导电缆可以明显地节约占地面积和空间,节省宝贵的土地资源。用高温超导电缆改装现有地下电缆系统,不但能将传输容量提高3~5倍,而且能将总费用降低20。利用高温超导电缆还可以改变传统输电方式,采用低电压大电流传输电能。因此,高温超导电缆不仅可以大大降低电力系统的损耗,而且能够提高电力系统的总效率,具有可观的经济效益。如美国DetroitEdison公司(底特律爱迪生公司)的Frisbie变电站将用250磅(约113kg)的超导电缆更换9t铜线电缆并可提高输电能力3倍。按照美国能源部的估计,超导技术每年可减少输电损失60亿美元。此外,使用超导技术,还可优化输电电压。由于HTS电缆载流能力大,这就有可能将380KV电压级用110KV级取代。欧洲联网电压380KV可通过输电能力强的超高电缆直接输送到配电电压,这就可取消220KV、110KV和63KV电压等级。
我国制造业具有很强的国际竞争力,但是它在推动经济高速增长的同时,也带来了严峻的资源和环境问题。目前,一方面,国内电力资源紧张,另一方面,电力系统内部的损耗量也非常可靠。整个电力系统大体由发电、输送、供电等分系统构成,其中远距离输电的电力损耗大得惊人。据测算,我国输电损耗率约为8,每年在线路上白白损失掉的电量高达1168亿度,足足相当于大亚湾核电站14年的发电总量或三峡水电站一年零五个月的发电量!目前,已经有很多专业机构和专家建议:“我国可以采用当今最新高温超导技术,构建起一个零损耗输电系统,从源头上提高电力系统的效率。目前,选用液氮或液氢能够确保超级电缆实现零损耗输电。我认为,超导输电系统更适合于幅员辽阔、输电线路漫长的国家。就这点而言,相对于美国,中国更具优势,因为这里的输电系统正在完善之中,完全可以借助尖端技术实现跨越式发展。二、目前世界上超导电缆行业的研发、生产、发展现状分析1、我国超导电缆研发、生产及发展现状在过去十余年当中,我国的基础研究和应用技术研究开发能力大为增强。目前,我国在超导一些主要研究领域均有涉足,如新超导材料探索,超导机理和相关物理问题研究,现有超导材料实用化和产业化方面,并在部分研究领域达到领先。
在国家“863”超导材料与技术专项计划(简称超导专项)和国家重点基础研究计划的支持下,我国在超导材料及超导应用等方面获得了100多项专利,为超导技术在中国的发展奠定了很好的基础。在“十五”计划期间,超导专项以市场需求为导向,依照“面向应用、突出重点”的实施原则,以高温超导电缆、高温超导限流器、移动通信用高温超导滤波器子系统3个具有重大应用前景的产品为突破口,在超导材料技术、超导强电应用技术、超导弱电应用3个方面开展工作。预计专项完成后,我国将初步形成具有一定规模的超导技术产业,满足我国电力、信息、交通、医疗、科学仪器及国防等方面的需求,并带动相关产业发展。电线电缆行业统计资料表明,我国10千伏及以上交联聚乙烯绝缘电力电缆的年需求量约为10万公里,假如其总量的5被高温超导电缆所取代,则高温超导电缆在我国每年的需求总量将会达到5000公里。10m、10.5kV/1.5kA三相交流高温超导电缆系统主要由超导电缆芯、低温容器、高电压绝缘、电缆终端、电缆低温系统及电缆的试验和监测系统组成。系统的所有部件和相关技术均为自主研究开发。未来的发展方向应该是,如何将高温超导电缆与其他相关系统整合,建立全超导示范性变电站,积极促进高温超导电力技术的产业化。u北京云电英纳超导电缆公司和中科院电工所分别完成了4米单相35kV/2KA和10米三相10.5kV/1.5kA高温超导电缆试验系统。2004年7月10日,由北京云电英纳超导电缆有限公司牵头研制的我国第一根高温超导电缆(33.5m)在云南电力公司正式并网运行,我国成为世界上第三个将高温超导电缆投入运营的国家;u日前,韩国科技部、LG电缆公司建议与英纳公司合作,中韩共建一条百米级高温超导电缆;u日前,由中国科学院电工研究所与甘肃长通电缆科技股份有限公司、中国科学院理化技术研究所联合研究开发的国家十五“863”重大项目—75米、10.5千伏/1.5千安三相交流高温超导电缆顺利完成系统集成,通过了系统检测和调试,即将投入并网试验运行。75米高温超导电缆的研制成功,解决了高温超导电缆通向产业化的一系列关键技术,例如超导电缆的低温连接关键技术已经取得突破,75米高温超导电缆的弯曲半径可达1.2米等等。可以说,今后长距离高温超导电缆的研究开发已经不存在技术上的障碍,基本上完成了实用化关键技术的攻关。此外,由于75米高温超导电缆完全自主研究开发,国内大型电缆科技企业积极参与并投资开发[1][2]下一页

来源:中国电力资料网
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