超导电磁储能介绍
电磁储能分类
电磁储能分类1. 超级电容器储能：超级电容器是一种能够快速充放电的储能装置，它利用电解质和电极之间的界面双层来储存电能。
超级电容器具有高功率密度、长寿命和快速充放电的特点，常用于短时间的能量储存和释放，如能量回收系统、脉冲电源等。
2. 超导储能：超导储能是利用超导材料在低温下的零电阻特性来实现电能的储存。
超导储能装置通常由超导电缆或线圈组成，可以实现高能量密度和高效率的能量储存。
超导储能在电力系统中可用于功率调节、能量平衡和短路电流限制等。
3. 飞轮储能：飞轮储能是将电能转化为机械能，并以旋转的飞轮形式储存能量。
当需要能量时，飞轮通过电动机或发电机将机械能转换回电能。
飞轮储能具有高能量密度、长寿命和快速响应的特点，常用于不间断电源、能量回收和电网调频等领域。
4. 电感储能：电感储能是利用电感元件（如线圈）在电磁场中的感应电动势来储存电能。
电感储能装置通常具有较高的能量密度和较长的储能时间，常用于电力电子系统中的滤波器、谐振电路和能量传输等。
5. 电池储能：电池储能是最常见的电磁储能方式之一，它利用化学反应将电能储存于电池中。
电池储能包括多种类型，如铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池等。
电池储能具有能量密度较高、使用方便和广泛应用的特点，常用于移动设备、电动汽车和可再生能源系统等。
这只是一些常见的电磁储能分类，实际上还有其他的电磁储能技术，如磁悬浮储能、超级电感储能等。
不同的电磁储能技术在能量密度、功率密度、充放电速度、寿命和成本等方面具有各自的特点，因此在实际应用中需要根据具体需求选择合适的储能技术。
以上内容仅供参考，希望能对你有所帮助。
如果你需要更详细的信息，建议查阅相关的专业资料或咨询专业人士。
超导体的优点及应用
超导体的优点及应用超导体是一种在低温下能够表现出电阻为零的材料，具有许多优点和广泛的应用。
以下是对超导体的优点及应用的详细介绍：1.电阻为零：超导体在零下临界温度以下，电流通过时，能够表现出电阻为零的特性。
这意味着超导体可以传输电流而不会产生能量损失，节约能源损耗。
2.高电流密度：超导体在零阻态下可以传输高电流密度，大大优于传统金属导体。
这使得超导体在电力传输和能源存储方面具有重要应用。
3.强磁性：超导体在零阻态下能够承受很高的磁场，是最强大的永磁体。
利用超导体制成的超导磁体可以产生极高的磁场，用于医学成像、核磁共振等领域。
4.高频性能优良：超导体的高频性能优于传统材料，使其广泛应用于通信领域和微波器件。
5.高灵敏度：超导器件对外界的微小变化非常敏感，可以用于高灵敏度测量和传感器。
超导体的应用：1.能源传输：利用超导体的零电阻特性，可以大大减少电能转换的损耗。
超导电缆可以传输大量的电流，并且不会产生热量损耗，可用于高能粒子加速器、电力输电等领域。
2.能源存储：超导磁体可以用于能量的储存和释放。
储能装置利用超导体的零电阻特性和高电流密度，将能量存储在超导线圈中，并在需要时释放出来，用于调节电网稳定性和峰谷平衡。
3.磁共振成像：超导磁体可以产生非常强的恒定磁场，用于核磁共振成像（M R I）、磁共振成像（M R S）和核磁共振光谱仪（N M R）。
这些技术在医学诊断和科学研究中被广泛应用。
4.磁悬浮交通：超导体的磁场排斥性质可以应用于磁悬浮交通系统中，实现无摩擦悬浮、高速运输。
磁悬浮技术已经在一些城市的高铁项目中得到了应用。
5.加速器和粒子物理研究：超导磁体通常用于粒子加速器，用来产生强大的磁场，加速粒子以进行研究。
这是现代粒子物理学研究中必不可少的工具。
6.通信和微波器件：超导体的高频性能优良，用于制造微波滤波器、功率放大器等通信器件。
7.科学研究：超导体的独特性质使其成为科学研究中的重要工具。
例如，在凝聚态物理、超导物理、低温物理等领域中，用超导体来研究新的物理现象和性质。
超导磁储能的工作原理
超导磁储能的工作原理
超导磁储能技术是一种新型的能量存储和释放技术，可以将能量大量储存，同时还能快速、稳定地释放出来。
其工作原理基于超导体在低温下的特殊性质，通过将电流导体制成超导体，在断开外部电源的情况下，就能够保持电流不衰减的状态，当需要能量时，通过储能器表面的电池或直接与电路连接释放出电能。
具体来说，超导磁储能系统的结构可分为磁体、低温储存器、冷却机组、功率开关、DC-DC转换器等多个模块。
其中，磁体是超导磁储能系统的核心部件，其内部采用超导电缆制成，可以在低温下实现超导状态。
低温储存器则用于保持磁场的稳定，它通常由液氦冷却器和冷却剂存储器构成，将超导线圈和低温储存器组合后，就可实现对大量电能的储存。
当需要释放电能时，在功率开关的作用下，通过超导磁体内部引入一组带有电压脉冲的信号，由于超导体的特殊性质，能量的释放速度相当快，可以在极短的时间内将大量的电能释放出来。
为了更好的控制输出电流和电压，还需要通过DC-DC转换器将高压电流转化为适合接入电网的电流。
总体来说，超导磁储能技术通过超导体材料的特殊性质实现了对大量能量的高效储存和释放，这也使其成为了可再生能源和先进制造业的重要技术支持。
虽然目前这种技术还面临着制造成本高昂、使用寿命短等问题，但相信随着技术的不断发展和完善，它必将成为未来绿色能源存储和利用的重要手段。
超导磁力储能工作原理
超导磁力储能工作原理超导磁力储能（Superconducting Magnetic Energy Storage，SMES）是一种高效、可靠的电力储能技术，被广泛应用于电力系统的稳定性调节、电压控制、电能品质提升等方面。
它基于超导材料的特性，利用超导体在零电阻状态下可以存储巨大的电磁能量，从而实现电力的高效储存。
本文将详细介绍超导磁力储能的工作原理及其应用。
一、超导磁力储能的基本原理超导磁力储能系统主要由超导线圈、冷却系统和功率控制系统组成。
其中，超导线圈是实现电磁能量储存的核心部件，冷却系统用于保持超导状态，而功率控制系统则用于实现能量的输入和输出控制。
1. 超导线圈：超导线圈通常采用超导材料制成，它的内部通过冷却系统维持在超导态。
超导材料具有零电阻和完全排斥磁场的特性，在零电阻状态下产生的电流可以无损地在超导线圈中流动，从而实现能量的存储。
2. 冷却系统：在超导磁力储能系统中，保持超导线圈在超导态需要低温环境的支持。
通常采用液氦冷却系统，将超导线圈冷却至临界温度以下，使其进入超导态。
通过冷却系统的维持，超导线圈的零电阻特性才能得到保证。
3. 功率控制系统：功率控制系统用于控制超导磁力储能的输入和输出。
当电网稳定时，超导线圈会接收电网输送的电能，将电能转化为磁能储存在超导线圈中。
而在电网需要补偿或发生故障时，超导线圈可以快速释放储存的磁能，将其转化为电能输出到电网中。
二、超导磁力储能的工作过程超导磁力储能的工作过程可以分为充放电两个阶段，即储能阶段和释能阶段。
1. 储能阶段：当电网供电稳定时，超导线圈会接收电网输送的电能，并将电能转化为磁能储存在超导线圈中。
在这个阶段，超导线圈处于超导态，电流可以无损地在超导线圈中循环。
2. 释能阶段：当电网发生故障或需要补偿时，超导磁力储能系统会迅速将储存的磁能转化为电能输出到电网中。
在这个阶段，超导线圈会失去超导态，电流开始在超导线圈中产生阻力，电能会迅速被释放。
超导储能工作原理图文分析
超导储能工作原理图文分析超导储能工作原理图文分析1.超导系统认识超导储能(SMES)是利用超导体的电阻为零特性制成的储存电能的装置，其不仅可以在超导体电感线圈内无损耗地储存电能，还可以通过电力电子换流器与外部系统快速交换有功和无功功率，用于提高电力系统稳定性、改善供电品质。
将一个超导体圆环置于磁场中，降温至圆环材料的临界温度以下，撤去磁场，由于电磁感应，圆环中便有感应电流产生，只要温度保持在临界温度以下，电流便会持续下去。
试验表明，这种电流的衰减时间不低于10万年。
显然这是一种理想的储能装置，称为超导储能。
由于超导储能具备反应速度快、转换效率高等优点，可以用于改善供电质量、提高电力系统传输容量和稳定性、平衡电苻，因此在可再生能源发电并网、电力系统负载调节和军事等领域被寄予厚望。
近年来，随着实用化超导材料的研究取得重大进展，世界各国相继开展超导储能的研发和应用示范工作。
2.超导储能工作原理超导储能的基本原理是利用电阻为零的超导磁体制成超导线圈，形成大的电感，在通人电流后，线圈的周围就会产生磁场，电能将会以磁能的方式存储在其中。
超导储能按照线圈材料分类可分为低温超导储能和高温超导储能。
用于储能的超导技术已经开始显现极有前景的成果。
其工作原理是能量储存在绕组的磁场中，由下式表示：式中，R和L分别是绕组的电阻和电感。
稳态储能时diLdt必定为零，驱动电流环流所需电压简化为V=RI。
绕组的电阻依赖于温度。
对于大多教导体材料，温度越高，电阻越大。
如果绕组温度下降，电阻也会下降，如图3-10所示。
某些材料中，电阻会在某个临界温度时急剧下降到精确零欧。
图中，该点标为Tc。
在此温度以下，再无需电压来驱动绕组中的电流，绕组的端口可以被短接在一起。
电流会在短路的绕组中永远不停地持续流动，相应的能量也就永远存储在绕组中。
一个绕组具有零电阻，就称为获得超导状态，而绕组中的能量就被“冻结”。
图3-11所示为典型超导储能系统原理。
超导电磁储能
在超导储能磁体发生失超时, 必需采取有 效的保护措施, 以满足下列要求 a 减少在绕组常导区所释放的能量, 防止 超导线过热 b 降低绕组常导区的端电压, 防止匝间绝 缘击穿 c 减少在低温容器内释放的能量, 防止冷 却介质的大量蒸发
失超检测原理图
国内外采用的失超检测方法主要有一下几 种： a 温升检测：温升检测测量导体温度变化； b 压力检测：压力检测测量低温容器内压 力变化； c 超声波检测：超声波检测测量超声波信 号的输入输出间传函的变化; d 流速检测：流速检测测量冷却介质流速 的变化
（4）、超导储能装臵除了真空和制冷系统外 没有转动磨损部分，因此装臵使用寿命长。 （5）、超导储能装臵可不受地点限制，且维 护简单、污染小。
3、储能工作原理
超导储能系统的核心即超导线圈，是超导 储能装臵中的储能元件，其储存的能量可由下 式表示： 2 ESMES=0.5LI 式中，ESMES 为电磁能;L 为超导线圈电感;I为超 导线圈电流。
超导储能系统的主要构成与相应技术内容主 要包括：超导线圈、失超保护、冷却系统、 变流器和控制器等组成。这些是超导储能装 臵的主要组成部分，其结构原理如下图所示。
冷却系统 低温冷却装臵由不锈钢制冷器、低温液体 的分配系统、一对自动的氦液化器等3 部分 组成。 分配系统的主要组成是: 制冷器顶部的电 气连接; 控制氦流的低温阀箱; 制冷器之间、 阀箱和液化器之间的低温管; 真空装臵; 压力 过高时的安全阀;备用氦罐和冷却箱。
4、总结 SM ES 装臵以其高效性、快速响应特性 和能与系统独立进行四象限交换有功、无功 的能力突破了传统电力系统的限制, 适应电网 不断提高的要求。它将和其他电力装臵一起, 成为电力系统的重要组成部分, 使系统的容量、 质量、稳定性和经济性进一步提高。
超导磁储能的原理与应用
超导磁储能的原理与应用1. 超导磁储能的原理超导磁储能是一种基于超导技术的新型储能技术。
在理解超导磁储能的原理之前，首先要了解超导体的概念。
超导体是一种在低温下具有零电阻和完全抗磁性的材料。
超导磁储能利用超导体的两个主要特性：零电阻和完全抗磁性。
当超导体处于超导状态时，电流可以在其中自由流动而无需消耗能量，这解决了传统电阻材料中能量转换过程中的能量损耗问题。
超导体的完全抗磁性可以将磁场完全排斥，并形成一种稳定的磁场。
当超导体被置于外部磁场中时，它会产生一个与外部磁场大小相等但方向相反的磁场，从而将外部磁场驱逐出超导体。
超导磁储能的基本原理是利用超导体的这两个特性，在超导体中储存电流和磁场能量。
通过将电流驱动到超导体中，可以在超导体中储存大量的电流能量。
与传统储能技术相比，超导磁储能具有更高的能量密度和更长的储能时间。
2. 超导磁储能的应用超导磁储能具有广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面：2.1 磁力储能器超导磁储能可以用于制造高能量密度和高功率密度的磁力储能器。
磁力储能器可以用于储存电力系统中的剩余能量，然后在需要时释放。
这种高能量密度和高功率密度的储能器可以有效降低电力系统的能量损耗，并提高能源的利用率。
2.2 电动车超导磁储能可以应用于电动车的储能系统。
目前，电动车使用的电池储能系统存在能量密度低、充电时间长和寿命短的问题。
超导磁储能可以提供更高能量密度的储能系统，同时具有快速充电和长寿命的优点，可以为电动车的使用带来更多便利。
2.3 储能站超导磁储能可以应用于能源储备站，用于储存风能、太阳能等可再生能源。
可再生能源的不稳定性是目前储能站面临的主要问题之一。
超导磁储能可以提供稳定的储能方案，通过储存可再生能源产生的过剩能量，为能源储备站的稳定运行提供支持。
2.4 航天技术超导磁储能可以应用于航天器的能源供应系统。
航天器对能源供应的要求非常苛刻，需要高能量密度和长储能时间的能源系统。
超导磁储能可以满足这些要求，为航天器的能源供应提供可靠支持。
超导磁储能的工作原理
超导磁储能的工作原理超导磁储能是一种新型的能量储存技术，利用超导材料的特殊性质来实现高效能量的储存和释放。
其工作原理可以简单概括为超导磁体吸收和释放磁场能量的过程。
超导磁储能的基本原理是基于超导材料的零电阻和完全磁通排斥效应。
超导材料在低温下会出现零电阻的特性，电流可以在其内部无阻碍地流动。
当超导磁体处于超导态时，它可以保持高强度的磁场，而不会因为电阻而产生能量损耗。
超导磁储能系统通常由超导磁体、储能装置和电源组成。
电源通过外部电源将电能输入超导磁体，使其形成强磁场。
一旦超导磁体处于超导态，其内部电流将在零电阻状态下持续流动，形成稳定的磁场。
当需要储存能量时，外部电源将电能输入超导磁体，使其磁场增强。
由于超导材料的完全磁通排斥效应，磁场的增强将导致超导磁体内的电流增加。
超导磁体内的能量储存量正比于电流的平方，因此磁场的增强将使得储能量大幅增加。
当需要释放能量时，超导磁体与储能装置之间的连接开启，使超导磁体内的电流可以流回储能装置。
由于超导材料的零电阻特性，电流可以在超导磁体内部无阻碍地流动，磁场能量被转化为电能输出。
超导磁体内的能量释放过程非常快速，能量损耗极低。
超导磁储能技术具有许多优势。
首先，超导材料的零电阻特性使得能量的储存和释放过程非常高效，能量损耗几乎可以忽略不计。
其次，超导磁储能系统的能量密度非常高，可以储存大量的能量。
再次，超导磁储能系统的响应速度非常快，能够在短时间内释放大量的能量。
此外，超导磁储能系统的循环寿命长，能够进行多次的充放电循环。
然而，超导磁储能技术也存在一些挑战和限制。
首先，超导材料需要低温环境才能发挥其超导特性，这需要耗费大量的能量来维持低温条件。
其次，超导磁储能系统的制造和维护成本较高，限制了其在大规模应用中的推广。
此外，超导磁储能系统的体积较大，不便于移动和集成到现有的能源系统中。
尽管存在一些挑战，超导磁储能技术在能源储存领域具有巨大潜力。
随着超导材料的研究和制备技术的进步，超导磁储能系统的性能将进一步提高。
超导储能原理
超导储能原理
1 超导储能原理
超导储能技术是一种将电能储存并随时释放的技术。
利用超导体
的零电阻特性，将电流在超导体内永久循环流动，实现长时间的能量
储存和无损能量释放，具有高效、安全、环保等优点，是高科技领域
中备受关注的技术之一。
2 超导原理
超导是指某些物质在低温条件下（通常在绝对零度以下），电阻
变得很小甚至是零的现象。
超导体的主要特点是在超导状态下介导电
阻为零，导体内的电流可以长时间流动而不损失能量。
超导体存在很
多种，如铜氧化物陶瓷等。
3 超导储能技术的原理
超导储能技术是将超导体制成超导环。
当超导环中通入电流时，
由于超导的电阻为零，电流将在环内永久循环流动。
在通入一定量的
电流后，将关闭电源，超导环内的电流将一直存在，直到有需要时再
将其释放出来。
为了防止永久电流在环内流动造成损耗，可以在环内
加入绕组从而控制永久电流。
4 超导储能技术的优点
相比传统的电池储能，超导储能技术有以下优点：
1. 安全性高：超导体将电流储存在自己的内部，不存在安全隐患。
2. 环保：相对于电池等化学能量储存方式，超导储能技术对环境
污染较小。
3. 高效：相对于传统的蓄电池，超导储能可以更加有效地利用储
存的电能。
4. 维护成本低：超导环内的电流不会降解，不需要经常更换维护，成本低。
总之，超导储能技术是一种非常有前途的储能技术，有望在未来
的能源储备中发挥重要作用。
高温超导磁储能技术
高温超导磁储能技术高温超导磁储能技术是一种利用高温超导材料进行电能储存的技术，因为高温超导材料在低温下可以表现出极低的电阻和很强的磁场，因此可以用来制作出非常高效率的电能储存器。
这种技术可以大大提高电能储存的效率，缩短充电时间，并且可以大幅度提高电池的寿命。
高温超导材料的研究始于20世纪80年代，最初研究人员只是为了理论研究而制备出了这类材料，并没有很实际的应用。
但是当高温超导材料被用于制作各种设备和器件时，人们才开始意识到其巨大的潜力。
例如，高温超导材料可以用来制作超导电机、超导发电机、超导电缆等设备，以及高能粒子加速器等高速设备。
高温超导磁储能技术的基本原理是利用高温超导材料的超导性质来进行电能储存。
超导性质是指当材料中的电流遇到低温时，材料会表现出极低的电阻，也就是说，电流会在材料中持续流动而不会消耗能量。
这种极低的电阻取决于材料的温度和磁场，而高温超导材料就是指在较高的温度下具有超导性。
当电流在超导材料中流动时，由于电流可以持续流动，因此可以将材料中的电能存储下来。
高温超导磁储能技术的具体实现方法是将高温超导材料制成一个圆柱形的环路，然后通入电流，使其形成一个磁场。
当电流停止时，磁场不会消失，因为磁场中包含有电能，而电能可以被高温超导材料保存。
当需要释放电能时，只需要再次通入电流即可。
高温超导磁储能技术有很多优点。
首先，由于高温超导材料具有超导性质，因此可以大大提高电能的储存效率，达到90%以上，这是传统电池所无法达到的。
其次，由于高温超导材料的磁场非常强，因此可以储存大量的电能，并且在非常短的时间内完成充电，这也是传统电池所无法实现的。
而且，高温超导磁储能技术还具有节能、环保等优点，因为使用这种材料制作电能储存器时，不会产生任何有害废气、废液等。
高温超导磁储能技术的应用前景非常广阔。
在未来的能源领域，这种技术可以用于制作电动汽车、太阳能电站、风力发电站等各种设备，因为这些设备需要大量的电能存储器。
多能互补能源系统中储能原理及其应用
多能互补能源系统中储能原理及其应用摘要 :当下我国正处于能源结构改革的关键时期，综合开发并利用新能源,是实现碳达峰碳中和的重要途径。
多能互补能源系统能源效率越高，对资源环境友好，是未来能源发展的主要模式之一。
因此作为技术人员应该明确内部的储能技术，综合氢储能、电化学储能等多种储能模式，根据底层的储能逻辑，扩大多能互补系统在社会生活中的应用。
关键词: 多能互补能源系统、储能原理、应用引言:当下科技快速发展，对于电能的需求量也在不断增加。
自然界中的不可再生资源储量有限，绿色低碳可持续已经成为了当下发展的关键，清洁能源在能源体系中占比不断提高，要积极整合风电、光伏发电、生物质能、地热能等不同模式，真正实现多能互补系统，降低化石燃料的使用量，减少环境污染。
一、多能互补能源系统的概述储能技术作为互补能源系统中的基础技术，直接影响了清洁能源的利用率，发展清洁能源作为能源未来发展的必然方向。
技术人员在实际应用过程中应该整合风力发电、太阳能发电的优点，取长补短，保证用户侧的需求平衡。
同时可以适当增加风电光伏发电的消纳，保证整体的供电质量。
适当配合火电应用，解决风力光伏等清洁能源发电中的随机性问题，降低自然清洁能源发电对于电网带来的不稳定性冲击，为达成双减目标奠定更加坚实的技术基础。
二、多能互补能源系统中储能原理（一）氢储能氢储能是一种将能量转化为氢能储存起来的技术。
在可再生资源发电过程中，由于风能、太阳能发电稳定性有限，电力存在间歇性。
氢储能主要可以通过氢的化学键的形式将电能储存起来。
当其他能源输出存在问题时，可以通过氢燃烧进行补充有效解决可再生能源电网并网的问题，氢气可以直接利用在化工、冶金等其他领域中。
例如，在实际应用过程中，可以将风能发电，太阳能发电和其他可再生资源发电中剩余的能量的直接流向控制单元，当控制单元接受到外界信号时电解槽将会以电解水的形式，将产生的电能转化为氧气和氢气中存储的化学能。
氢气由储氢设备进行储存，可以直接应用于化工业，冶金工业和氢燃料电池等领域，实现资源的多效利用。
超导磁储能现状
超导磁储能现状超导磁储能是一种利用超导材料的电流环路来储存电能的技术。
它具有高效、大容量、长寿命等优点，因此在能源储存领域具有广阔的应用前景。
本文将从超导磁储能的基本原理、现状以及未来发展方向等方面进行探讨。
超导磁储能的基本原理是利用超导材料在低温下的超导特性，将电能转化为磁能并储存起来。
超导材料具有零电阻和完全磁通排斥的特性，可以在闭合的超导环路中形成稳定的电流。
当电流通过超导环路时，超导材料内部会产生一个强磁场，这个磁场会储存在超导材料中，并且会保持不衰减。
因此，可以通过将电能转化为磁能并在超导材料中储存起来，实现高效的能量储存。
超导磁储能技术已经取得了一定的进展。
研究人员已经成功制备出了多种高温超导材料，并实现了小规模的超导磁储能实验。
例如，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究团队使用氧化铜基高温超导材料制备了一个直径为1厘米的超导磁储能装置，其能量密度达到了每升600千瓦时。
此外，中国科学院物理研究所也在超导磁储能领域取得了一系列的研究成果，为超导磁储能的发展做出了重要贡献。
然而，超导磁储能技术还存在一些挑战和限制。
首先，超导材料需要在低温下运行，这对于设备的制造和运行成本提出了较高的要求。
其次，超导磁储能装置的尺寸较大，限制了其在实际应用中的灵活性和便携性。
此外，超导磁储能技术在大规模应用方面还存在一定的技术难题，如如何提高能量密度、增加储能效率等问题仍待解决。
为了进一步推动超导磁储能技术的发展，研究人员正在开展一系列的研究工作。
首先，他们致力于寻找更加高效的超导材料，以降低低温要求和提高能量密度。
其次，他们正在探索新的超导磁储能装置的设计和制造方法，以提高其灵活性和便携性。
此外，还有一些研究团队在开展超导磁储能系统的集成研究，旨在将超导磁储能技术与其他能源技术相结合，实现能源储存和利用的最优化。
超导磁储能作为一种高效、大容量的能源储存技术，具有广阔的应用前景。
虽然目前仍面临一些挑战和限制，但随着科学技术的不断发展，相信超导磁储能技术将会得到进一步的突破和应用。
超导储能
高温超导储能应用研究的新进展侯炳林朱学武（核工业西南物理研究院，成都，610041）摘要：简要回顾了用于高温超导储能磁体的高温超导磁体材料的性能。
重点介绍了近年来几种类型的高温超导储能磁体的研究新进展。
然后分别介绍了Bi-2212和Bi-2223高温超导储能磁体的研究情况。
最后简述了将来可能用YBCO(或NdBCO)涂层导体材料设计在液氮温区运行的高温超导储能磁体。
关键词：高温超导材料，高温超导磁体，磁储能1引言为了更有效地利用能源，必须设置能量的储存系统。
现有电力系统中的电力储存技术主要是抽水储能。
抽水储能电厂一般都建在远离负荷地点的山间，必需长距离的送变电设备。
在储能效率仅６５％～７０％较为低下的基础上，长距离输送又要损耗不少电能，与分散型电力储存系统相比是极为不利的。
超导储能(superconducting magnetic energy storage 简称SMES)是利用超导线圈通过整流逆变器将电网过剩的能量以电磁能形式储存起来，在需要时再通过整流逆变器将能量馈送给电网或作其他用途。
由于超导线圈在超导状态下无焦耳热损耗运行，同时其电流密度比一般常规线圈高1-2个数量级。
因此它不仅能长时间无损耗地储存能量，而且能达到很高的储能密度。
它的储能效率高，响应速度快也是其它类型储能装置无法比拟的。
随着高温超导材料研究逐步走向实用化，高温超导储能(简称HTS-SMES)也成为一个研究方向，并有相应的微型样机问世。
HTS-SMES储能装置中的高温超导线圈是储能装置的核心部件；因此，本文就HTS-SMES装置中的超导线圈部分的研究作一些介绍。
2 目前储能用的高温超导材料目前共出现了五代高温超导材料：镧系、钇系、铋系、铊系和汞系，其中最有实用前途的是钇系YBCO（YBa2Cu3O7-x）和铋系BSCCO（包括Bi2Sr2Ca2Cu3O y 简称Bi-2223和Bi2Sr2CaCu2O y简称Bi-2212）。
超导磁储能系统(SMES)及其在电力系统中的应用
储能工作原理
超导磁能储存的概念最开始来自于充放电时间很短的脉冲 能量储存，大规模能量储存开始于电器元件，其原理就是电 能可以储存在线圈的磁场中。如果线圈是由超导材料制成， 即保持在临界温度以下，即使发生变化，电流也不会发生衰 减。线圈卸载荷，可以将电流释放回电路中去。
电流I循环储存在线圈中的能量E为
信号采集
电力系统 控制器
磁体保护系统
变压器 变流器
低温系统
超导磁体
(1)超导磁体。 储能用超导磁体可分为螺管形和环形两种。
(2)低温系统。
螺管形
低温系统维持超导磁体处于超导态所必须的低温环
境。
（3)功率调节系统。 功率调节系统控制超导磁体和电网之间的能量转
换，是储能元件与系统之间进行功率交换的桥梁。根 据电路拓扑结构，功率调节系统用变流器可分为电流 源型(Current Source Converter，CSC)和电压源型 (Voltage Source Converter，VSC)两种基本结构， 如图1—2所示。
E=0.5LI²
超导磁储能装置的原理示意图
1、超导线圈 2、制冷剂 3、低温容器 4、直流电源 5、持续电流回路
SMES装置原理结构图
SMES一般由超导磁体、低温系统、磁体保护系统、 功率调节系统和监控系统等几个主要部分组成。如下 图所示结构是由美国洛斯阿拉莫斯实验室首先提出的， 以后SMES装置的研究设计一般都是以此结构作为参考 原型。
（1）、电力安全 电网瓦解、大面积停电事故
（2）、电能质量 谐波、过电压、短时断电、电压骤降电压骤升
（3）、短路电流水平 断路器无法有效切除短路故障
（4）、可再生能源并网发电 不连续不稳定
提高电力系统的稳定性
超导储能的工作原理
超导储能的工作原理1. 引言超导储能是一种高效、可持续的储能技术，利用超导材料在低温下的特殊性质实现电流的零电阻传输。
本文将详细介绍超导储能的基本原理，包括超导材料、超导转变和超导磁体等相关知识。
2. 超导材料超导材料是指在低温下具有零电阻和完全抗磁性的物质。
根据其温度特性和磁场响应，可以将超导材料分为不同类型，如I型、II型和高温超导材料等。
2.1 I型超导材料I型超导材料是最早被发现的一类超导材料，其临界温度较低。
在I型超导态下，当温度降到临界温度以下时，电阻会迅速减小并趋近于零。
此时，电流可以在该材料中无损耗地传输。
2.2 II型超导材料II型超导材料相对于I型而言具有更高的临界温度，并且在高磁场下仍保持较好的超导性能。
II型超导材料通常由多个超导层和正常层组成，其中超导层负责传输电流，而正常层则用于抵消磁场的影响。
2.3 高温超导材料高温超导材料是指具有较高临界温度的超导材料，其临界温度通常在液氮沸点（77K）以上。
相对于传统的低温超导材料，高温超导材料更易于制备和应用。
3. 超导转变当一个超导体被加热到临界温度以上时，它将从超导态转变为正常态。
这个过程称为超导转变。
在转变过程中，电阻会从零开始增加，并最终达到正常态的电阻水平。
3.1 BCS理论BCS理论是解释低温下金属和合金中电阻消失现象的理论模型。
该理论是由约翰·巴登、莱昂·库珀和罗伯特·施里弗提出的，并以他们三人的姓氏命名。
根据BCS理论，在低温下，金属中存在一种称为库珀对（Cooper pair）的电子配对。
这些电子配对通过与晶格振动相互作用，形成了一种准粒子，称为库珀对。
3.2 超导转变的机制超导转变的机制可以通过BCS理论来解释。
在超导态下，由于库珀对的存在，电子之间的相互作用会导致电阻为零。
当温度升高时，晶格振动增加，库珀对破裂，从而使得电阻开始增加。
4. 超导磁体超导磁体是利用超导材料制造的磁体。
储能领域分类
储能领域分类
储能领域可以根据储能方式和应用领域进行分类。
常见的储能方式包括化学能储能、机械能储能、电磁能储能和热能储能。
常见的应用领域包括可再生能源储能、电动车辆储能和电力系统储能等。
以下是对储能领域常见分类的进一步说明：
1. 化学能储能：
- 锂离子电池储能：主要用于电动车辆、便携式电子产品和储
能系统等领域。
- 钠硫电池储能：主要用于电网储能系统。
- 燃料电池储能：主要用于电动车辆和独立电源系统等领域。
2. 机械能储能：
- 抽水蓄能储能：通过抽水和释放水的方式来储存和释放能量，主要用于电力系统储能。
- 空气压缩储能：通过压缩空气来储存能量，主要用于电力系
统储能和工业领域。
3. 电磁能储能：
- 超级电容器：具有高电容量和高能量密度的电子元件，主要
用于电力系统储能和电动车辆等领域。
- 超导磁储能：利用超导材料储存和释放电磁能量，主要用于
电力系统储能。
4. 热能储能：
- 热电储能：利用材料的热电效应将热能转换为电能，并进行储存，主要用于电力系统储能和工业领域。
- 相变储能：通过材料的相变过程来储存和释放热能，主要用于热储能系统和工业领域。
需要注意的是，以上分类并不是互斥的，不同的储能技术可以在不同的应用领域中交叉使用，以满足各种能量储存和利用的需求。
超导磁体的电磁特性与性能分析
超导磁体的电磁特性与性能分析超导磁体是一种特殊的电磁装置，它利用超导材料在低温下具有零电阻和完全排斥磁场的特性，实现强大的电磁力。
这种装置在科学研究、医学成像、能源等领域有着广泛的应用。
本文将分析超导磁体的电磁特性与性能，探讨其在各个领域中的应用前景。
首先，超导磁体的一个重要特性是零电阻。
这意味着超导磁体在工作过程中能够极大地减少能量损耗。
传统的铜线电磁体在通电时会发生电阻损耗，导致能量浪费和温度升高，而超导磁体则可以实现能量的高效利用。
这对于大型超导磁体来说尤为重要，因为它们通常需要大量的能量来产生足够强大的电磁力。
零电阻特性也使得超导磁体在医学成像领域如核磁共振成像（MRI）中应用广泛，能够提供更准确的图像和更高的分辨率。
其次，超导磁体还具备完全排斥磁场的特性，即所谓的迈斯纳效应。
这意味着超导磁体在一定温度下可以完全抵抗外部磁场的渗透。
这个特性使得超导磁体能够提供极高的磁场强度，远远超过传统电磁体所能达到的范围。
例如，在粒子物理实验中，超导磁体可以提供几十甚至上百特斯拉的磁场强度，为科学家们揭示微观世界中的奥秘提供了强有力的工具。
除了以上两个基本特性之外，超导磁体还具备许多其他优良的性能。
高临界电流密度是其中之一。
临界电流密度是指超导体中通过的最大电流密度。
超导磁体具有高临界电流密度，可以承载更大的电流，从而产生更强大的电磁力。
这对于需要强磁场的应用来说非常重要，例如磁共振成像中对于获得更高的信噪比和更快的扫描速度都需要更强大的磁场。
另一个重要性能是超导磁体的稳定性。
超导磁体在长时间工作中可能会受到外界扰动和自身热耗散的影响，导致超导态的破坏。
因此，超导磁体的稳定性成为一个关键问题。
为了提高超导磁体的稳定性，科学家们正在研究新型的超导材料和结构设计，以降低能量损耗和热耗散。
同时，控制超导磁体的温度和磁场也是确保其稳定性的重要手段，这需要精确的温度和磁场控制系统的设计和建立。
超导磁体在能源领域也有着广泛的应用前景。
超导储能
• 历史背景：
在 1970 年 , 美国威斯康星大学应用超导中心 H.Peterson 和
R.Boom发明了一个超导电感线圈和三相AC/DC格里茨桥路组成
的电能储存系统并获得了美国专利,也由此开始了超导储能电 力应用的研究与开发阶段。
超导储能应用类型
到目前为止，人们研究利用超导技术发展两类超导储能装置， 一 种 是 超 导 磁 储 能 系 统 （ Superconductive Magnetic Energy Storage ，常缩写为 SMES ），另一种是使用超导体做为悬浮轴承 的飞轮储能系统。 超导磁储能系统的工作原理是利用超导绕组把电能以电磁能 的形式储存起来，绕组中所储存的能量几乎可以无损耗地永久储 存下去直到需要释放时为止。 超导飞轮储能系统中是利用了超导体的迈斯纳效应实现飞轮 的磁悬浮。用做悬浮轴承的超导体是高温超导体，被冷却到 77K 或更低一些的温度。为了减低空气摩擦，飞轮的腔体被抽真空。 这种飞轮能耗很小，每天仅耗掉储能的2％。
飞轮超导悬浮飞轮储能系统结构及照片（5kWh, 日本四国通用研究院）
超导磁储能装置的原理示意图
1、超导线圈 2、制冷剂 3、低温容器 4、直流电源
5、持续电流回路
超导储能系统用快速充 放电高温超导磁体
超导储能结构图
用于电力系统的超导储能一般由超导磁体、低温系统、功率调节系 统、监控系统、保护系统等几个部件组成。如下图所示：
信号采集 电力系统 控制器 磁体保护系统 低温系统 超导磁体 变压器
变流器
(1)超导磁体。
超导线圈是超导磁储能装置的核心部件，它可以是一组螺旋管 线圈或是不同形状的环形线圈。螺管线圈结构简单，但周围杂散 磁场较大；环形线圈周围杂散磁场小，但结构较为复杂。
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超导储能系统的主要构成与相应技术内 容主要包括：超导线圈、失超保护、冷却系 统、变流器和控制器等组成。这些是超导储 能装置的主要组成部分，其结构原理如下图 所示。
3.1 超导线圈 超导线圈的形状通常是环形和螺管形。 小型及数十MW· 的中型SMES 比较适合采 h 用漏磁场小的环形线圈。螺管形线圈漏磁场 较大, 但其结构简单, 适用于大型SMES 及需 要现场绕制的SMES。
超导储能系统主要由超导线圈、冷却系 统、失超保护与系统保护、变流器、控制系 统组成。超导储能系统首先在超导线圈内储 存一定的能量（如最大储存电能的 25%~75%），在通过控制变流器的触发脉冲 来实现与系统的有功、无功交换，从而完成 超导储能装置的多种功能。超导线圈在通过 直流电流时没有焦耳热损耗，因此超导储能 装置都采用直流电系统。
3.3 变流器 SMES 所用的AC/DC 变流器应能独立控 制SMES与电力系统的有功功率和无功功率 交换, 这就需要采用由电力电子器件组成的开 关电路。从电路拓扑结构来看, 常用的变流器 有两种: 电压型和电流型变流器。
电流源型变流器 。
为电流源型变流器的基本电路拓扑, 它主 要由电流源型变换器构成。调节图中电流源 型变流器 对AC 电网输出电流的幅值和相位, 就可实现四象限控制SMES 装置与AC 电网 之间的有功功率和无功功率交换
当初级线圈中发生失超时，电流I1开始减 小，促使次级线圈中磁通的改变。开始时， 次级电流I2为零。此变化着的磁通将使次级中 产生电流，从而把次级中的一些能量转移到 次级。设次级绕组的电阻甚小于R2，则次级 回路中能量将消耗于恒温器外的R2中。通过 电路分析证明，当线圈间的耦合系数K接近于 1，和次级回路的电阻甚小于初级时，初级电 流向次级回路的转移最为有效。
如果能量很小，失超后温升不超过许可 值，可以不需要并联分段电阻，而只简单采 用并联二极管的方式即可，如并联一个二极 管，这二极管可置于低温容器内，如下图所 示。
震荡电路保护法 震荡电路保护法是将超导线圈内的能量释放 到杜瓦外的静电电容器内的一种保护方法， 原理如下图所示。
变压器保护法 变压器保护原理如下图所示。
3.2 冷却系统 低温冷却装置由不锈钢制冷器、低温液 体的分配系统、一对自动的氦液化器等3 部 分组成。 分配系统的主要组成是: 制冷器顶部的电 气连接; 控制氦流的低温阀箱; 制冷器之间、 阀箱和液化器之间的低温管; 真空装置; 压力 过高时的安全阀;备用氦罐和冷却箱。
超导线圈的冷却方式有2 种: 一种是将线 圈浸泡在液氦之中的浸泡冷却方式, 另一种是 在导体内部强制通过超临界氦流的强制冷却 方式。浸泡冷却下超导稳定性好, 但交流损耗 大, 而且耐压水平低;强制冷却的机械强度、 耐压、交流损耗等方面都具有优点, 但提高超 导热稳定性则是其应解决的问题。
内部分段并联电阻原理图
分段电阻法通常可采取分段并联电阻来实 现, 即将超导线圈分成若干段, 每段并联个1电 阻。电阻可以安置在低温容器内, 以减少从低 温容器到外部室温空间的连接导线。如果在 线圈某一段内出现正常区, 那么由于正常电阻 使这一段电流衰减, 而线圈各段是紧密耦合的, 因此将促使邻段电流增大并失超, 这种连锁反 应将使超导体的局部失超迅速传遍整个磁体。
在高温超导线材方面, 美国、日本等发 达国家已制造出50 m～ 1 km 的B i 系超导线 材, 并具有制造J C> 20 kA ö cm 2、交流损耗 < 3W ö(kA · )、线长> 1 km 的B i 系超导线 m 材的能力。由于高温超导线材价格昂贵,所以 在高温超导磁体的设计中,总是力求降低高温 超导线材的用量,以降低磁体成本。在设计中 就力求减小磁体体积，减小杂散场对环境的 影响。
（2）、储能效率高达95%，并可通过采用电力
电子器件的变流器实现与电网的连接，相应 速度非常快。 （3）、超导储能线圈的储能量与功率调节系统 的容量，可独立的在大范围内选取。所以超 导储能装置可建成所需的功率和达能量系统。 储能系统容易控制，随着电力电子技术的发 展，超导储能装置独立地与系统进行四象限 有功、无功功率的交换，从而改善供电品质， 提高电网稳定性
整个检测电路分为三组桥路：桥1为主 桥，负责检测整个磁体，因此覆盖所有双桥， 叫2为局部焦炉检测，负责检测钱一般的双饼 的失超情况，由于可能因为发生对称失超， 前两个桥路均不能检测出来，所以增加了桥3， 在磁体发生对称失超时获取失超信号。这样 既可以更为精确地检测到局部失超，又可避 免遗漏检测桥路对称失超。
4、总结 SM ES 装置以其高效性、快速响应特性 和能与系统独立进行四象限交换有功、无功 的能力突破了传统电力系统的限制, 适应电网 不断提高的要求。它将和其他电力装置一起, 成为电力系统的重要组成部分, 使系统的容量、 质量、稳定性和经济性进一步提高。
在超导电力系统运行中, 超导储能磁体的 失超保护必须可靠且故障无碍。及时而有效 的失超检测是失超保护的先决条件。同时, 还 可考虑将超导储能磁体的保护与电力系统的 继电保护结合起来, 通过重新整定距离保护的 保护特性值来达到防止过流的目的, 这样从根 本上降低超导储能磁体失超的可能性。
鉴于匝间电压检测法的缺点，提出一种改 进的方法——桥式电路检测法。在磁体线圈 上安装中心抽头, 并分别与阻值为的电阻相并 联。校正后, 未失超时通过电流表的电流为零 失超后, 电桥不平衡, 有电流流过电流表。故 可通过电流表来判断失超是否发生。桥式电 路检测法原理图如下图所示
为了精确地检测磁体局部失超，可采用 如下所示电路。
（4）、超导储能装置除了真空和制冷系统外没 有转动磨损部分，因此装置使用寿命长。 （5）、超导储能装置可不受地点限制，且维护 简单、污染小。
3、储能工作原理
超导储能系统的核心即超导线圈，是超 导储能装置中的储能元件，其储存的能量可 由下式表示： ESMES=0.5LI2 式中，ESMES 为电磁能，J;L 为超导线圈电感， H;I为超导线圈电流。
e 电压检测：电压检测测量电阻电压分 量的产生。 其中应用最为广泛的是电压检测, 其余各 种检测方法在实际应用中并不多见。这里主 要介绍电压检测法。
最基本的电压检测方法为直接进行匝间 电压检测。这种方法不仅可以检测出线圈中 是否有失超发生, 还可以根据预先测得的不同 区段失超时线圈端电压随时间的变化曲线, 确 定出原始失超位置。这种方法的缺点是在每 匝线圈上都需安装电压传感器,而且当系统中 存在电磁噪声时, 灵敏度不高。
电压源型变流器
为电压源型变流器的基本电路拓扑, 它主 要由电压源型变换器和DC/DC 斩波器构成。 配合图中变流器的DC/DC 斩波器对超导线圈 电流的斩波, 同时调节电压源型变换器对AC 电网输出电压的幅值和相位, 就可实现四象限 控制SMES装置与AC 电网之间的有功功率和 无功功率交换。
3.4 失超保护 对于超导磁体, 失超时可能出现以下3 种 情况: a 过热(overheating or meltdown) ; b 高压放电(high voltage arcing) ; c 应力过载(overstressing)。
在超导储能磁体发生失超时, 必需采取有 效的保护措施, 以满足下列要求 a 减少在绕组常导区所释放的能量, 防止 超导线过热 b 降低绕组常导区的端电压, 防止匝间绝 缘击穿 c 减少在低温容器内释放的能量, 防止冷 却介质的大量蒸发
失超检测原理图
国内外采用的失超检测方法主要有一下 几种： a 温升检测：温升检测测量导体温度变 化； b 压力检测：压力检测测量低温容器内 压力变化； c 超声波检测：超声波检测测量超声波信 号的输入输出间传函的变化; d 流速检测：流速检测测量冷却介质流 速的变化
桥式电路的误差应低于0.5%。它较之匝 间电压检测要方便且易实现, 不需要安装电压 传感器。但是桥式电路同样存在噪声干扰的 问题, 而且, 对于交流电路, 外接电阻会消耗一 部分能量。
而有源功率检测法可以很好地解决这些 问题。它对交流和直流电路同样适用, 且不受 噪声的影响。图中,L1=L2 ,R1 和R2为两半绕 组失超后产生的电阻。定义：P=(u1-u2)i。
后两种状况发生时, 在一定范围内是可以 自动修复的; 而对于过热, 其后果常常是致命 性的(对磁体而言)。因此, 更多的磁体保护是பைடு நூலகம்针对过热。防止过热, 也就是要在失超时将超 导磁体中的电流转移至外部消化, 防止焦耳热 释放在超导线上。根据不同的磁体结构, 可有 分段电阻保护、并联电阻保护、谐振电路保 护和变压器保护等方法。各种方法有各自的 优缺点。
失超保护 超导磁体的失超保护主要包括：外部并联 电阻法、内部分段并联电阻法、震荡电路保 护法以及变压器保护法。 外部并联电阻保护电路图
并联电阻值的选择是很关键的，它应综 合一下要求来选择，即超导磁体温升不超过 所给定的最大值，尽可能高的移能效率和磁 体端电压不超过允许值。 外加移能电阻的选择主要取决于磁体的 电气绝缘质量。外加电阻越大, 线圈内热毁坏 的可能性越小, 但同时过电压引起的危险就越 大。故要根据实际要求选取合适的外加电阻 值。
未失超时, R1和R2均为零, 故P值也为零。 失超后, P=(R1-R2)i2, 即除了R1= R2的情况, 失超均可通过P值检测到。R1= R2是极其罕见 的特殊情况, 通常可不予考虑。监测时, P的 信号里常伴有噪声, 例如电磁噪声。可附加一 个低通滤波器(LPF)以排除噪声干扰。整个检 测系统的原理框间下图。
超导电磁储能
1、简介
超导电磁储能（Superconducting Magnetic Energy Storage ,SMES)装置（简 称超导储能装置），是利用超导线圈将电能 直接以电磁能的形式储存起来，在需要的时 再将电能输出给负载的储能装置。
2、超导储能装置的有点
（1）、 超导线圈运行在超导状态下无直流电 流焦耳热损耗，同时它可传导的平均电流密 度，比一般常规导线线圈高达2个数量级，可 产生很强的磁场，能达到很高的储能密度约 （108J/m3）且能长时间无损耗的储能，而出 电池储能重复次数一般在千次一下。