超导材料前景和应用

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1、超导材料前景和应用　　随着高温超导(HTS)材料研究的进一步深化，以及高可靠性和高效率的制冷系统的发展，推动了高温超导在未来十年进入快速的实质化扩张阶段。下面是有关于超导材料前景和应用，欢迎阅读。超导储能技术在电力系统中的重要应用前景　　超导储能技术(SuperconductingMagneticEnergyStorage,SMES)利用超导线圈产生的电磁场将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能返回电网或其它负载，可用于充放电时间很短的脉冲能量储存。由于超导线圈的电阻为零，电能储存在线圈中几乎无损耗，其储能效率高达95%。　　SMES系统最重要的

2、应用就是电力系统。现代电力系统在安全稳定运行方面存在明显缺陷，原因在于系统中缺乏能够大量快速存取电能的器件，其致稳保护措施主要依赖于机组的惯性储能、继电保护和其他自动控制装置，基本属于被动致稳。SMES作为一个可灵活调控的有功功率源，可以主动参与系统的动态行为，既能调节系统阻尼力矩又能调节同步力矩，因而对解决系统滑行失步和振荡失步均有作用，并能在扰动消除后缩短暂态过渡过程，使系统迅速恢复稳定状态。由于SMES发出或吸收一定的功率，可用来减小负荷波动或发电机出力变化对电网的冲击，故可作为敏感负载和重要设备的不间断电源，同时解决配电网中发生异常或因主

3、网受干扰而引起的配电网向用户供电中产生异常的问题，改善供电品质。超导储能响应速度快，能够最大限度地减少不稳定电力对电网的冲击。SMES适合用于解决风电、光伏发电系统的并网问题。另外，SMES还可以为电力系统提供备用容量，对于保障电网的安全度及事故后快速恢复供电具有重要作用。当前中国部分地区供电形势紧张，电网运行处于备用不足的状态，SMES高效储能特性可用来储存应急备用电力;特别是对于个别重要负荷，SMES作为备用容量可以提高电网的安全稳定运行水平。　　超导储能的优点主要有：①储能装置结构简单，没有旋转机械部件和动密封问题，因此设备寿命较长;②储能

4、密度高，可达到108J/m3，可做成较大功率的系统;③响应速度快(1～100ms)，调节电压和频率快速且容易;④无噪声污染，且维护简单等。　　超导储能技术的核心在于超导材料。超导材料技术的发展是提升超导储能技术的前提。已发现的高温超导材料按成分可分为含铜的和不含铜的。含铜超导材料有镧钡铜氧体系(TC=35～40K)、钇钡铜氧体系(按钇含量不同，TC发生变化。最低为20K，最高可超过90K)、铋锶钙铜氧体系(TC=10～110K)、铊钡钙铜氧体系(TC=125K)、铅锶钇铜氧体系(TC约70K);不含铜超导体主要是钡钾铋氧体系(TC约30K)。目前

5、，采用包套管法制备长～km的Ag基Bi系多芯复合超导带的技术已比较成熟。工程电流密度达到100A/mm2(77K)、长度为100～1000m的Bi系多芯复合导线已实现商品化。美国超导公司已建成年生产能力为900km的Bi系高超导带材生产线，他们计划将高温超导带材的价格降低到10～25美元/kA·m。如果这个目标能够实现，届时高温超导储能技术的各种应用将完全具备实用化推广的可能。实用超导材料发展演变前景展望　　超导材料除零电阻特性外，还具有完全抗磁性和宏观量子效应等诸多常规材料所不具备的奇特性质。利用超导体的这些特性可以传输大电流、获得强磁场、实现

6、磁悬浮、检测微弱磁场信号等，因此超导材料广泛应用于电力、电子、军事、医疗、交通运输、高能物理等许多领域。　　目前，超导材料已发现上千种，包括单质、合金和化合物。从1911年第1次发现超导现象到1985年，超导转变温度最高为铌三锗的23K，这些超导材料工作在液氦环境，一般称为低温超导材料。1986年，Bednorz和Muller发现了Tc达到30K的La-Ba-Cu-O超导体，标志着高温超导研究的开始。紧接着发现了Tc超过液氮温度(77K)的Y-Ba-Cu-O(YBCO，Tc=92K)、Bi-Sr-Ca-Cu-O(Bi2223，Tc=110K)，T

7、l-Ba-Cu-O(Tl2223，Tc=127K)和Hg-Ba-Ca-Cu-O(Hg1223，Tc=134K)等系列氧化物高温超导材料，它们可以工作在廉价的液氮环境，这类材料被称为高温超导材料。1990年以前，实用化超导材料的研究主要集中在低温超导材料。目前，低温超导材料已经进入产业化阶段，实用化超导材料研究主要集中在铜氧化物的高温超导材料。　　虽然近年来各类新型超导材料层出不穷，包括XX年发现的二元化合物MgB2和XX年发现的FeAs超导材料。然而从实用的角度，特别是就电力能源系统的强电应用而言，只有Bi、Y系材料才有市场价值。Fe、Tl和Hg

8、系由于含有环境危害元素和特殊的制备工艺，失去了作为一种实用超导材料的广泛性和普适性。　　上世纪90年代末，随着第1代Bi系超导材料的制备