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超导储能是一种储能技术,在电压移除后电流将继续在超导体中流动。超导线圈在冷却至临界温度以下后,具有可忽略的电阻。因此即使在电压移除或断电后,电流仍能继续流动。市场的未来趋势将是越来越多的电网现代化。超导储能适合用于提高电能质量,增加系统阻尼,改善系统稳定性能,特别是用于抑制低频功率振荡。但是由于其格昂贵和维护复杂,虽然已有商业性的低温和高温超导储能产品可用,在电网中应用很少,大多是试验性的。SMES在电力系统中的应用取决于超导技术的发展(特别是材料、低成本、制冷、电力电子等方面技术的发展)。
SMES是利用超导线圈将电磁能直接储存起来,需要时再将电磁能回馈电网或其他负载,并对电网的电压凹陷、谐波等进行灵活治理,或提供瞬态大功率有功支撑的一种电力设施。其工作原理是:正常运行时,电网电流通过整流向超导电感充电,然后保持恒流运行(由于采用超导线圈储能,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)。当电网发生瞬态电压跌落或骤升、瞬态有功不平衡时,可从超导电感提取能量,经逆变器转换为交流,并向电网输出可灵活调节的有功或无功,从而保障电网的瞬态电压稳定和有功平衡。虽然SMES在提高电力系统稳定性和改善供电质量方面具有明显优势,但是受限于其身高昂的费用,SMES还未能大规模进入市场,技术的可行性和经济价值将是SMES未来发展面临的重大挑战。今后SMES的研究重点将集中在如何降低成本、优化高温超导线材的工艺和性能、开拓新的变流器技术和控制策略、降低超导储能线圈交流存耗和提高储能线圈稳定性、加强失超保护等几方面。高温超导材料的不断发展,极大推动了SMES的发展,许多国家采用高温超导材料进行SMES系统的研究实验,包括日本和韩国,得出结论:高温超导材料会极大降低SMES的成本,并提高性能。可以预见,高温超导材料的不断发展成熟,将会降低整个SMES系统的价格,极大地简化冷却手段和运行条件,提高其性能和寿命。SMES技术将加速发展,并可望成为主要电力基础应用装备之一。据中金企信国际咨询公布的《2020-2026年中国超导储能系统市场发展策略及投资潜力可行性预测报告》统计数据显示:储能产业兴起较早且发展稳定,截止2010年底储能累计装机规模已经达到135GW;2010-2015年期间的由于受到整体经济低迷影响,整体装机量增速放缓,截止2015年累计装机规模达到144.8GW;2016-2018年由于受到成本下降和政策推动的双重刺激,储能行业快速发展,截止2018年底累计装机规模达到179.1GW。
经过几十年的发展,SMES在技术研究和应用方面都取得大量成果。相比于其他储能方式,SMES的性能更加优越,应用前景更加广泛。在未来几十年、甚至更长的时间内,SMES将会是一个持续的研究热点。随着超导技术的进步,SMES的发展已进入一个新阶段,推动着电力系统的发展与革新。