超导储能
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。
超导储能
超导储能系统超导储能系统（SMES ）是利用超导线圈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的一种电力设施，它具有反应速度快、转换效率高的优点。
不仅可用于降低甚至消除电网的低频功率振荡，还可以调节无功功率和有功功率，对于改善供电品质和提高电网的动态稳定性有巨大的作用。
目前，小型SMES 已经商品化，据预测，到2010 年全世界对超导储能装置的需求将在15 亿美元左右。
中国科学院电工研究所在国际上首次提出了超导限流-- 储能系统的原理，将超导储能与限流器有机地结合起来，开辟了小型超导储能系统新的应用途径。
目前正在进行2.5MJ/1MW 超导储能系统的研究开发工作。
超导储能系统产品1）、超导储能系统技术情况简介2003年，中国科学院决定对超导储能技术予以重点支持，启动中国科学院创新方向性项目“超导储能系统的研究”（KGCX2-SW-307），该项目计划在2007年初完成实用化样机的研制，并已经在国家电网北京门头沟开关站中完成运行试验，预计随着产业化推进努力，到2009-2010年，可望进入工业化阶段，开始推广应用。
超导储能装置包括：超导储能线圈、进行能量转换的DC/DC功率电路、进行DC/AC转换的换流电路三大部分。
超导线圈进行有功能量存储，而DC/DC功率电路一方面将有功能量转化为直流电压，另一方面将超导线圈与电网隔离，增加安全性能。
DC/AC换流电路是超导储能系统进行电能质量调节功能的功率环节，电压及功率补偿通过换流电路实现。
对于大功率超导储能系统来说，其电力电子部分一方面应该采用高压大电流开关器件，另一方面采用模块化结构来构建可升级的大功率拓扑。
在考虑了几种换流拓扑后，采用级联型电路作为换流装置。
目前在工业生产中，级联型拓扑具有高压大功率、工作特性较好等优点，已经在变频器等逆变装置领域作为清洁电源使用，根据目前文献来看，超导储能装置采用级联结构在国内尚属首次。
500KVA超导储能系统采用级联结构，输出端构成高压多电平电路。
超导储能 效率
超导储能效率超导储能是一种高效的能量储存技术，具有很高的能量密度、长寿命、低能量损失等优点。
超导储能技术主要是通过存储电流的方式来储存能量，所以对于需要大量储能、长时间储能的场景非常适合。
而且，由于超导体本身特殊的物理性质，使得超导储能系统的能量损失很低，能量转换效率很高。
由于现代社会的能源需求日益增长，能源储存技术的发展变得越来越重要。
传统的储能技术有很多限制，比如能量密度不够高、成本高、寿命短等问题。
而超导储能技术则能够解决这些问题，为未来的能源储存提供了可行的方案。
超导储能技术的基本原理是利用超导体的超导特性来存储大量的电流，从而实现储能。
在超导体的超导状态下，在电流流动时会产生一个特殊的磁场，这个磁场能够使得电流在超导体内形成一个稳定的环流。
这种电流环路的能量损失很低，因为超导体在超导状态下电阻为零，所以也不会产生热量。
超导储能技术有很多应用场景，比如电力系统调峰、电动汽车储能等等。
在电力系统调峰中，超导储能系统可以通过储存多余的电能来平衡电力供需之间的差异，实现电力系统的稳定运行。
在电动汽车储能方面，超导储能系统可以作为电动车的主要能量储存设备，大幅度提高电动车的运行里程和行驶速度。
超导储能技术的主要优势在于高能量密度、长寿命、低损耗、高效率等。
其中，高能量密度是因为超导体在超导状态下能够存储大量电流，而电流是能量的载体，所以超导储能系统的能量密度比其他储能系统要高。
长寿命主要是因为超导体的超导状态可以保持很长时间，同时超导体自身的材料性质也是非常稳定的，所以超导储能系统的寿命比其他储能系统要长。
低损耗主要是因为超导储能系统在超导状态下电阻为零，所以能量转换效率非常高。
高效率则是因为超导储能系统能够将储存的能量快速释放，满足高强度瞬变负载的需求。
总的来说，超导储能技术是一种非常优秀的能量储存技术，具有很高的能量密度、长寿命、低损耗、高效率等优点，非常适合在电力系统、交通运输等领域广泛应用。
室温超导对储能
室温超导对储能【原创实用版】目录1.室温超导的概念和特点2.室温超导储能的原理3.室温超导储能的应用4.室温超导储能的发展前景正文一、室温超导的概念和特点室温超导是指在室温下（即常温下）具有超导特性的材料。
超导是指某些材料在低温下电阻为零的物理现象。
与低温超导相比，室温超导具有更高的临界温度，因此更容易实现应用。
室温超导材料具有零电阻和完全抗磁性等特点，这让超导体在传输电流的过程中几乎没有能量耗损，每平方厘米横截面积的超导材料上还能承载更强的电流。
二、室温超导储能的原理室温超导储能是利用室温超导材料的超导特性，实现电能的高效存储和传输。
由于室温超导材料具有零电阻特性，电流在材料内的传输过程中几乎不产生能量损耗。
因此，利用室温超导材料作为储能器件，可以大大提高电能存储和传输的效率。
三、室温超导储能的应用1.电力输送：室温超导储能技术可以应用于电力输送领域，降低能源损耗，提高输电效率。
传统的输电线路存在能量损耗和线路阻抗的问题，而室温超导技术可以实现电流的无阻碍传输，提高能源利用效率。
2.磁共振成像：室温超导技术可以应用于磁共振成像领域，提高医学诊断的准确性和效率。
磁共振成像是一种利用磁场和射频脉冲对人体进行成像的技术，室温超导材料可以作为磁共振成像设备的超导磁体，产生更强的磁场，提高成像分辨率和速度。
3.高速列车：室温超导技术还可以应用于高速列车领域，减少能量损耗，提高运行效率。
高速列车的运行需要消耗大量电能，而室温超导技术可以降低能源损耗，提高列车的运行效率。
4.能源储存：室温超导储能技术还可以应用于能源储存领域，实现电能的高效存储和释放。
利用室温超导材料作为储能器件，可以实现电能的快速存储和释放，提高能源利用效率。
四、室温超导储能的发展前景随着科学技术的发展，室温超导技术在储能领域的应用前景十分广阔。
在未来，室温超导储能技术将进一步提高电能存储和传输的效率，推动能源领域的发展。
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。
超导环流储能
超导环流储能
超导环流储能是一种新型的储能技术，它利用超导材料的特殊性质，将电能转化为磁能，然后将磁能储存在超导环流中，以实现高效、可靠的储能。
超导环流储能的原理是利用超导材料的零电阻和完全反磁性质，将电流在超导环流中无限循环，形成一个稳定的磁场。
当需要释放储能时，只需将超导环流与负载连接，即可将储存在其中的磁能转化为电能输出。
相比传统的储能技术，超导环流储能具有以下优点：
1. 高效：超导环流储能的能量密度高，储能效率高达90%以上，远高于传统的储能技术。
2. 可靠：超导环流储能的储能时间长，可达数小时以上，且不会因为电池老化等原因导致能量损失。
3. 环保：超导环流储能不需要使用化石燃料，不会产生污染物和温室气体，是一种非常环保的储能技术。
超导环流储能的应用领域非常广泛，可以用于电网储能、风力发电和太阳能发电等新能源的储能，也可以用于电动汽车和船舶等交通工具的储能。
超导环流储能技术还处于研究和开发阶段，但已经有一些实验室和
企业开始进行相关研究和开发。
未来，随着技术的不断进步和成本的降低，超导环流储能将成为一种非常重要的储能技术，为人类的可持续发展做出贡献。
超导磁储能特点
超导磁储能是一种利用超导材料制造的能量存储系统。
它具有以下特点：
1.高能量密度：超导磁储能系统具有很高的能量密度，可以在相对较小的体积内存储大量能量。
这使得它在需要大容量能量存储的应用中具有优势，如电网备用电源、电动
车辆等。
2.高效性：超导磁储能系统具有很高的能量转化和储存效率。
超导材料在低温下具有零电阻和完美磁通排斥，消除了能量传输和储存过程中的能量损耗。
这导致超导磁储能
系统的能量转化效率非常高。
3.快速响应：超导磁储能系统可以实现快速响应和高输出功率。
当需要释放能量时，超导线圈可以几乎瞬间将储存的能量释放出来，提供高功率输出。
这使得超导磁储能系
统在需要瞬时大功率输出的应用中具有优势，如电网频率调整和突发负载应对等。
4.长寿命：超导材料具有较长的使用寿命。
在适当的工作温度下，超导线圈可以实现几十年的使用寿命。
这使得超导磁储能系统在需要长期可靠稳定运行的应用中具有优势。
5.环保与可持续性：超导磁储能系统不依赖化石燃料，不产生有害气体和温室气体排放。
它属于清洁能源技术，对环境友好，并有利于可持续发展。
尽管超导磁储能具有许多优势，但也存在一些挑战。
其中包括超导材料的高成本、复
杂的制冷技术要求以及超导线圈的体积和重量等限制。
然而，随着科学技术的不断进
步和超导材料的研发，超导磁储能正逐渐成为一种具有潜力的能量存储解决方案。
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。
超导储能应用案例
超导储能应用案例超导储能这玩意儿可牛了，我给你讲几个它的应用案例哈。
一、电网稳定小能手。
你想啊，咱们的电网有时候就像个调皮的小孩，用电量一会儿高一会儿低的。
就比如说夏天，大家都开空调的时候，那用电量就蹭蹭往上涨。
这时候要是没有点厉害的东西来稳住电网，那可就容易出乱子了。
超导储能就像是电网的超级保镖。
有个城市啊，一到用电高峰，电网就开始有点“哆嗦”，电压不稳定，搞得有些电器都不能好好工作。
后来他们搞了超导储能系统，就像在电网里装了个超级大电池。
用电低谷的时候呢，就把电存到这个超导储能里面，等到高峰用电的时候，它就把电再释放出来。
这就保证了电网电压稳稳当当的，那些电器也能安心工作了，就像给电网吃了一颗定心丸一样。
二、新能源好伙伴。
现在大家都提倡新能源，像风能和太阳能。
但是这些新能源也有小脾气。
比如说风吧，有时候风大，风力发电机呼呼转，电多得不得了；有时候风小了，发电量又少得可怜。
太阳能也是，白天有太阳的时候能发电，晚上就没辙了。
这时候超导储能又闪亮登场啦。
有个大型的风力发电场，以前没超导储能的时候，发出的电就只能看老天爷脸色。
电太多的时候，电网又消化不了，只能浪费掉；电少的时候呢，又满足不了需求。
后来装了超导储能系统，就像是给风力发电场配了个魔法口袋。
风大的时候把多余的电存到超导储能里，风小的时候再把电拿出来用。
这样一来，风力发电就变得靠谱多了，也能更好地跟电网配合，就像新能源找到了一个贴心的小伙伴，再也不怕电量忽高忽低啦。
三、超级快的交通工具助力者。
咱们现在都追求速度，像磁悬浮列车那种超级快的交通工具。
你知道吗，磁悬浮列车运行的时候需要很稳定的能量供应。
超导储能在这方面也能出一份力呢。
就拿某个正在试验新型高速磁悬浮列车的地方来说吧。
列车启动的时候需要很大的能量，而且在行驶过程中要是能量供应稍微有点波动，列车可能就会出点小状况，比如速度不稳定或者舒适度下降。
超导储能就像是列车的能量小管家。
它能快速地给列车提供所需的能量，而且能在瞬间吸收列车刹车或者减速时产生的多余能量。
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。
超导磁场的线圈由磁场电源中的交——直换流器充电。
超导电磁储能介绍
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。
室温超导对储能
室温超导对储能
室温超导材料是指在常温下具有超导特性的一类材料，它们的超导临界温度高于摄氏零度。
自从1911年超导现象被发现以来，科学家们一直在寻找能在常温下实现超导的材料。
室温超导材料的问世将极大地改变我们的生活，尤其是在能源储存领域。
室温超导对储能技术的意义重大。
传统的超导材料需要在极低温度下才能实现超导，而室温超导材料则无需低温环境，从而降低了能源储存和传输的成本。
此外，室温超导材料具有极高的导电性能和磁通排斥能力，可以实现更高效率的电能转换和储存。
在室温超导储能技术的应用前景方面，有以下几个方面：
1.电力系统：室温超导线材可以用于输电线路，降低电能损耗，提高输电效率。
2.储能设备：室温超导储能设备可以实现更快、更高效的电能储存和释放，为电网调节、电动汽车等领域提供技术支持。
3.磁悬浮交通：室温超导磁悬浮技术可以应用于高速列车、磁悬浮轴承等，提高运行效率和降低能耗。
4.医疗器械：室温超导磁体可用于磁共振成像（MRI）等高端医疗设备，提高成像质量和诊断效果。
我国在室温超导领域的研究取得了世界领先的成果。
近年来，我国科学家成功研发出多种室温超导材料，并在实验中取得了良好的性能。
然而，室温超导技术的发展仍面临诸多挑战，如材料稳定性、生产成本等。
为应对这些挑战，我国政府和科研机构正在采取一系列措施，包括加大投入、优化政策环境、推动产学研结合等。
此外，与国际上的合作与交流也日益加强，以期在全球范围内推动室温超导技术的发展。
总之，室温超导材料和储能技术具有巨大的潜力和应用前景。
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。
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。
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。
超导储能 能量密度
超导储能能量密度1能量密度的概念能量密度是指能够在一定体积或质量范围内储存的能量，单位通常为焦耳/立方米或焦耳/千克。
能量密度越高的储能技术，其储能效率越高。
目前，传统的化石燃料和电池储能技术的能量密度已经无法满足未来的能源需求和环境保护要求。
2超导储能的能量密度超导储能是一种利用超导材料的零电阻和极强的电磁场把电能转化为磁能储存的技术。
由于超导体内部没有电阻，超导电流可以一直流动下去，储能效率非常高，而且可以实现无损耗地储能和输出电能。
超导磁体是超导储能的基础设施，其能量密度远高于传统的电池。
例如，超导磁体的能量密度可以达到5000Wh/kg，远高于电池的能量密度。
超导储能是未来能源转型的重要选择。
3超导储能的应用超导储能技术已经应用于多个领域，包括磁浮列车、核聚变装置、医学成像、磁性储存等。
其中，超导磁体在直线加速器和粒子加速器中应用较多，可以产生极强的电磁场，用于实验研究和医学治疗。
超导储能技术还可以应用于风力发电和太阳能发电的储能系统中，用于平衡电网负荷和储存清洁能源。
未来，随着超导材料的不断优化和成本的降低，超导储能技术的应用范围将会更加广泛。
4超导储能的优势超导储能的优势主要体现在能量密度高、储能效率高、无污染和长寿命等方面。
与传统电池储能技术相比，超导储能可以节省储能成本和储能空间，提高储能效率和储能密度。
此外，超导储能是以电磁能为主的储能方式，与化石能源无关，更加环保和可持续。
虽然目前超导储能的技术难度较大，但是随着材料科学和工艺技术的发展，其可应用性和市场前景仍然值得关注。
5发展超导储能的关键技术目前，发展超导储能的关键技术包括提高超导材料的临界温度、提高超导电流密度和解决超导材料的稳定性问题。
其中，提高超导材料的临界温度和超导电流密度是实现超导储能商业应用的关键。
解决超导材料的稳定性问题可以提高超导磁体的可靠性和寿命，减少超导储能系统的维护成本。
未来，随着技术的突破和成本的降低，超导储能技术将能够更广泛地应用于各个领域，提高能源利用效率和环保性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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）。
Y系高温超导体的磁场特性优于Bi系，但是，其线材制作技术还不成熟。
这主要是Y系难以采用包套管法（powder in tube简称PIT）。
目前，采用PIT 制备、长1.0-2.0km的Ag(或Ag-Alloy)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、自场)、长度为100-1000m的Bi-系多芯复合导线已商品化。
因此，目前的高温超导磁体的设计和制造多选用铋系材料。
铋系材料包括Bi2212和Bi2223材料；其中，Bi2Sr2CaCu2O8临界温度为80K，Bi2Sr2Ca2Cu3O10临界温度为110K。
由于高温超导材料的电流密度比低温超导线的低，且价格较高，有关HTS-SMES系统的研究报道不多。
B i系高温超导带材在液氮温度(77K)，其临界电流密度J C易受磁场的影响，即使在较小的磁场下，J C就明显下降。
在77K时，Bi系材料的电流密度将随磁场的增加而急剧下降；这将对除电缆（因为高温超导电缆的导体层中相邻共轭层的带材绕向相反，且螺距相等，消除了轴向磁场）以外的应用带来严重的问题。
如最近，以色列的研究人员用Bi-2223线材研制了一个工作在液氮温区的HTS-SMES装置，不含磁芯时，在52K、64K和77K时的储能分别是72J、49J和22.2J；含磁芯时在52K、64K和77K时的储能分别为193J、130J和60J[1]。
这证明储能磁体工作在77K时储能效率大大下降。
由于目前实用的高温超导材料性能的限制，高温超导磁体应用尚不能工作在液氮温度，一般工作在运行温度为20-40K的范围。
液图1 200kJ 高温超导储能磁体结构 图2 圆形和D 形线圈交替的环形线氮温区HTS-SMES 装置研制的核心技术是如何解决Bi 系超导线（带）材临界电流密度小以及临界电流密度随磁场增大而迅速下降的问题，这个问题在超导线圈的端部显得更为突出，因这里的漏磁场最为集中，且基本上垂直于超导带。
目前高温超导材料的性能与超导储能装置的要求尚有一些差距，HTS-SMES 装置主要是实验研究，如1998年芬兰Tampere 理工大学研制了一台5kJ 的HTS-SMES 模型。
该超导储能的超导磁体由11个双饼Bi —2223线圈组成，外径317mm 、内径252mm 、高66mm 、工作于20K 、运行电流160A （平均电流密度85A/mm 2）、总安匝数160 kAT ，磁体系统采用G —M 制冷机冷却。
德国EUS 也于1998年研制出一台8kJ 的HTS-SMES 原型样机。
我国的清华大学、华中科技大学等开展了HTS-SMES 装置的研究工作[2]。
3高温超导储能磁体研究的现状超导线圈通常是环形和螺管形。
小型及数十MW.h 的中型储能磁体比较适合采用漏磁场小的环形线圈。
螺管形的漏磁场较大，但其结构简单，实用于大型的超导储能及需要现场绕制的超导储能。
3.1环形超导线圈使用环形线圈的优点是磁场完全约束在线圈内；因此，不存在漏磁问题和屏蔽要求。
环形线圈的制造有两种方式：一种为连续的螺旋圆环绕组；另一种为由数个短螺线管线圈组成圆环，如图1所示的德国制造的200kJ HTS 储能线圈[3]。
对于螺旋圆环绕组线圈，日本的研究小组提出了两种新的概念[4]：力平衡式线圈（Force-BalancedCoil ）和应力平衡式线圈（Stress-Balanced Coil ）。
力平衡式线圈被Sato 等人运用在储能磁体上。
应力平衡式线圈在力平衡式线圈基础上的改进且用来优化设计大环径比的超导线圈。
对于由数个短螺线管线圈组成的环形线圈，螺线管线圈的数目优化是设计时首要考虑的问题。
线圈的数量和尺寸将影响整个磁体的尺寸，而且也影响制造的难易程度；制造的难易程度反过来又决定磁体设计的可行性。
另一需要考虑的问题是螺线管线圈的形状；它可以是圆形线圈，也可以是“普林斯顿D ”形线圈。
D 形线圈比单个的圆形线圈更有效，但D 形结构复杂，制造费用增加。
虽然环形线圈有完全封闭磁场的优点，但这仅仅只限适用于螺旋圆环绕组线圈。
由数个短螺线管线圈组成的环形线圈磁体存在着漏磁问题。
为了解决漏磁问题，Vincat-ving 等人提出了两种储能线圈形式。
一种形式为由n 个D 形线圈组成封闭的圆环；另一种形式为由圆形短螺线管线圈和D 形短螺线管线圈交替排列组成的环形线圈，D 形线圈填充在圆形线圈的“间隙”里面，如图2所示。
3.2螺线管超导线圈[4]斯洛伐克一研究小组对HTS-SMES 磁体做了广泛的研究，尤其是对单螺线管的优化。
Pitel 等人进行了饼式磁体线圈数量对临界电流影响的理论研究。
研究发现：饼的数目大于10时，系统的临界电流仍然保持不变；当温度从77K 降到4.2K 时，临界电流增加一个数量级。
Pitel 等人还进行了另外一种研究，即当超导带材长度不变时，研究运行电流与绕组几何参数的影响。
结果发现：在不同的温度条件下，所得到的优化绕组参数不同；对于给定的带材，改变螺线管内径对磁体的最大储能几乎没有影响；增加饼的数量，最大储能下降。
螺线管的轴截面传统形状是矩形截面；但Noguchi 等人设计了一种轴向截面为阶梯形的螺线管，用这种阶梯形截面的方法，磁体的体积能减小到矩形截面线圈体积的67%。
这种阶梯截面线圈还能减小线圈端部磁场对高温超导体临界电流的影响，因此使临界电流增加。
4 Bi 系高温超导储能磁体的研究展望目前的HTS-SMES 装置主要是实验研究，所研制出来的HTS-SMES 样机储存能量都比较小，一般在1MJ 级以下。
大容量的HTS-SMES 磁体正处于理论研究与设计阶段，还没有大容量的储能样机问世。
4.1 10MJ 的Bi2212高温超导储能磁体的研究[5]为了研究高温超导储能磁体等装置，自从1988年以来，日本的研究者们对Bi2212进行了广泛的研究，他们用Bi2212研制了多种类型的卢瑟福电缆（Rutherford cable ）,尤其是对规格为61×7颇有研究。
当导体的直径为0.8mm 时，规格61×7的电缆超导股线约为15um 。
各种卢瑟福电缆的截面图如图3所示。
与常规超导体相比，Bi2212导体可靠性高且温度裕度大，能承受扰动引起的大的温升。
利用Bi2212导体设计储能磁体存在着一系列的优点：①Bi2212超导储能线圈能解决常规超导体线圈的大功率电绝缘问题；能承受高电压和高输出功率。
②在高磁场强度时Bi2212导体非常稳定且能承受大电流；大电流产生高的磁场。
而储能密度正比于磁场的平方，结构紧凑的储能磁体能产生高的磁场，因而高磁场的储能磁体在小的空间储存大能量。
③虽然超导线圈在直流的情况下的电损耗很小可以忽略不计；但线圈在储能和释放能量时处于交流状态，通过交流损耗，如磁滞损耗或涡流损耗，将产生电损耗。
因此储能线圈必须用动力冷却。
Bi2212超导储能线圈能承受大的温升；而且能用在超导体和冷却剂之间有相对大的温度梯度的间接冷却系统的传导方式冷却。
为了利用所研制Bi2212超导材料设计10MJHTS-SMES 磁体，他们预先用Bi2212材料研制了一个小线圈并进行了测试。
所研制的小线圈；匝数145；电感11.8mH ；储能为5.5kJ （电流为1000A ）；最大磁场1.299T 。
在此基础上于2002年进行了10MJ 的储能磁体设计。
为了减小漏磁场，储能磁体由相邻线圈电流方向相反的4个螺线管构成。
图4为10MJ HTS-SMES 磁体的鸟瞰图。
磁体的设计参数如表1所示。
4.2 1GJ 的Bi2223高温超导储能磁体的研究[6]日本九州电力公司和九州大学等单位用Bi2223材料进行了储能为1GJ 的设计研究。
储能磁体示意图如图5所示，储能磁体由12个单元线圈组成，每3个单元线圈为一组。
单元图4 10MJ-MW Bi2212储能磁体鸟瞰图 图3 B i-2212卢瑟福电缆横截面线圈的结构示意图如图6所示。
单根Bi2223带材的尺寸为0.248×3.145mm2。
磁体用CICC形导体绕制；CICC形导体（14×14mm2）由100根Bi2223带材组成，77K时，临界电流为7500A。
磁体用氦气冷却，运行温度为20K。
储能容量为1GJ，额定输出功率为100MW。
单元线圈的平均半径R m、内半径R i、外半径R o和线圈宽度a以及线圈厚度d对磁体的磁场都有影响。
改变这些参数能使磁体的磁场达到最优。
通过改变线圈所计算的a和d 的值，最大磁场、磁体尺寸、磁体体积以及作用在HTS带材和支撑结构上的应力就确定了。
通过所确定的单元线圈R i，a 和d的值，可以计算出电感。
研究结果表明：磁体的体积和磁场有一定的约束关系；磁场增加得越多，线圈体积变得越小。