超导技术在强电领域的应用及市场分析
超导电缆技术在电力工程中的应用
超导电缆技术在电力工程中的应用随着现代社会的快速发展，电力工业发展迅速，对能源的要求越来越高，国家工业制造发展战略中也有着“智能制造、科技创新”发展理念，而在电力工业中，超导电缆技术的出现为电力工程的发展注入了新的动力和希望。
超导电缆技术，是指将超导材料应用于电力输配电系统，以代替传统输配电线路中的铜/铝线缆，达到小电阻、无电磁干扰、低损耗、高效率的目的，为提升电力传输效率、降低能耗等方面提供了巨大的帮助。
那么，超导电缆技术究竟能在哪些方面产生应用呢？一、用途广泛：超导电缆的多重应用超导电缆技术目前应用范围非常广泛，涉及城市电网、铁路电力、新能源、科研等多个领域。
在城市电网中，超导电缆可以替代传统的变压器和线缆，提高电力输送效率，降低电网投资和运行成本。
在铁路电力方面，超导电缆可以替代传统轨道供电系统，提高供电效率，降低车辆运行噪音。
在新能源领域中，超导电缆可以提高风力、太阳能等新能源转换效率；在科研方面，超导材料广泛应用于核聚变、宇宙空间探测等领域。
二、技术上的优势：超导电缆的优点超导电缆技术的出现，为电力工程带来了很多创新。
超导电缆具有以下几个方面的优点：1.超导电缆的电阻极小：超导电缆采用的是低温超导材料，在低温下能够表现出超导性质，电阻可以降至接近于零，大大提高了电能的传输效率。
2.超导电缆的直流输电效率更高：传统的铜/铝输电线路由于电阻较大，无法达到直流电输送的效果，而超导电缆几乎无阻力，可以达到直流输电的高效率状态。
3.超导电缆的运行环境特殊：超导电缆需要低温环境才能发挥超导能力，因此需要在特殊的低温环境下运行。
但是，由于超导材料的热容极小，所以超导电缆的低温环境要求并不高，普通的液氮就可以满足要求。
三、市场上的趋势：超导电缆应用前景广阔随着电力工程的不断发展，超导电缆技术也在应用领域不断拓宽。
在不久的将来，超导电缆技术将成为电力工程领域中的重要技术之一。
根据国际超导技术协会的数据，市场运用超导技术的领域正在逐步拓展，未来五到十年中，液氮超导技术的市场需求将迅速增长，市场规模的增长将持续到21世纪中叶。
超导材料在电力系统中的应用
超导材料在电力系统中的应用超导材料是一种具有零电阻，高电导，高电感和高临界电流密度的新型材料。
在电力系统中，超导材料广泛应用于输电和配电领域。
一. 输电领域：在输电领域，超导材料主要用于建造高压直流输电线路，它可以将电能以超导方式传输，大幅降低能量损耗和传输效率，与传统的输电线路相比节省了高达40-50%的电能。
目前，世界上第一条长达640公里的超导直流输电线路已经投入运行，用于输送大量的风能和光能等清洁能源。
此外，超导电缆也是一种新型的输电方式，它可以在城市中埋地传输电能，完全避免了高压输电线路给人们的视觉和环境带来的影响。
而传统电缆因为损耗严重，缆线长度相对较短，因此其应用场景有限，不能像直流输电线路一样广泛运用。
在配电领域，超导材料主要用于制造变压器、限流器和高温超导电缆等设备。
超导变压器不仅具有节能、环保的特点，同时可以提高电力质量，降低线路损耗，增强功率传递能力。
其传输容量相对提高了一倍以上，可以适用于容量较大、输电距离较远的电网区域。
超导限流器是一种新型断路器，其有效地减少了过电流的产生，保证了电力设备的安全运行。
这种设备能够在电网造成严重短路时，接管短路电流并将其稳定在一定水平，从而避免过电流损坏设备、线路和功率变压试验设备等，并具有响应速度快、维护成本较低等特点。
高温超导电缆是将超导材料用作导体的电缆，其寿命长、输送距离长、输送容量大、可使电力设备更加小巧、美观，同时超导电缆的传输效率高，可以解决配电网中长距离输送能量的难题。
综上所述，超导材料在电力系统中的应用，不仅能够提高能源利用效率、减少能源损失、提高质量和安全性，还可以节省自然资源，减少环境污染。
因此，未来超导技术的应用前景非常广泛，也极具发展潜力。
超导技术在电力输配电中的应用
超导技术在电力输配电中的应用超导技术是一种新兴的技术，它在各种领域有着广泛的应用。
其中，在电力输配电方面，超导技术具有独特的应用优势。
本文将从超导技术的优点、现有的应用、未来的发展等方面进行探讨。
一、超导技术的优点超导材料具有电阻为零的特点，这意味着在超导电缆中传输电能时不会产生能量损耗，因此超导电缆具有极高的能量传输效率。
此外，超导材料还具有良好的耐电磁干扰性，能够有效地抵御电磁波对电力设备的影响，从而提高电力的传输可靠性。
此外，在占地面积和成本方面，超导电缆具有极大的优势，可以大幅降低电力输配电的成本。
二、超导技术在电力输配电中的应用目前，超导技术在电力输配电领域中已经有了一些实际应用。
例如，日本已经将超导技术应用于高温超导电缆的研发与生产。
在日本的电力输配电网络中，已经有一些超导电缆开始应用，这些电缆的功率可以达到1000千瓦以上，这为电力输配电领域带来了新的工具和技术手段。
此外，在欧洲，有一些超导电缆已经成功地应用于新一代的风力发电系统中。
这种超导电缆可以帮助风力发电机提高电量输出，提高整个发电系统的效率。
这也为今后更加广泛地应用超导技术于电力输配电中提供了借鉴和参考。
三、超导技术的未来发展未来，超导技术将会在电力输配电领域中发挥更加重要的作用。
随着技术的不断进步和研发，超导电缆的功率将会不断提高，这将对电力输配电领域带来巨大的变革，带来更加高效、可靠、安全的电力输配电系统。
同时，随着绿色能源的发展和应用，超导技术也将在新能源开发和利用中发挥越来越重要的作用。
总之，超导技术是一种新兴的技术，它在电力输配电领域中具有广阔的应用前景。
我们相信，在不久的将来，超导技术将会成为电力输配电领域中不可或缺的一部分，为人们带来更加高效、可靠、安全的电力输配电系统。
超导技术的应用
超导技术的应用超导技术是一种应用于物理、电子、能源等领域的前沿科学技术。
它不仅在科研领域具有重要地位，而且在各个领域都具有广泛应用。
本文将重点探讨超导技术在电力、医疗、科研和交通等领域的应用。
一、电力方面超导技术在电力领域的应用是最早和最具代表性的。
超导材料具有零电阻、高电导、高磁导等显著特性，在将电能输送过程中不会出现能量损耗，因此可以大幅提高能源转换效率。
可以预见，突破传统电力输送的瓶颈，减少输电损失，提高电力传输效率，是超导技术在电力领域的一项重要应用。
目前，电力领域已应用了许多超导器件，如超导电缆、超导变压器等，用于电力输送。
二、医疗方面超导技术应用于医疗领域也是非常重要的。
磁共振成像(MRI)是一项基于超导技术的医疗成果，MRI使用超导磁体产生的强大磁场进行成像，可清晰呈现人体内部组织器官和病变状态。
MRI检查不需使用X射线，不会产生辐射对人体造成影响，是一种非常安全的影像检查方式。
另外，超导技术也被应用于医疗器械中，如超导手术刀、超导治疗仪等。
这些超导医疗器械能够更好地满足人类医学的需求。
三、科研方面超导技术在科学研究领域应用广泛，可以说，它是实验物理学、材料科学和电子工程等领域的基础技术之一。
超导器件是研究超导现象和超导材料的基础，其主要目的是在超低温条件下，使超导电流得以流动。
例如，超导量子干涉仪、超导量子比特、超导重离子加速器，都是利用超导技术的器件。
超导技术有助于推进物理学、材料科学、电子科学等学科的研究，促进科技进步和经济发展。
四、交通方面超导技术应用于交通领域的最具代表性项目是磁悬浮列车。
由于超导材料在低温下可以产生巨大的磁场，因此将超导磁体应用于磁悬浮列车上，不仅可以使列车发生悬浮，而且可以控制列车在高速运行中产生的气动阻力和摩擦阻力。
这样就可以大幅提高列车的运行速度和安全性能。
磁悬浮列车是一种新型的、高效的交通方式，可以为城市发展、经济增长做出贡献。
总之，超导技术在各个领域都有着广泛的应用。
强电用超导材料的发展现状与展望
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超导技术在电力系统中的应用
超导技术在电力系统中的应用近年来，随着能源消耗的增加和对环境保护的认识加强，人们对电力系统的安全性、可靠性、效率性等方面的要求也越来越高。
而超导技术就是一种可以有效提高电力系统运行性能的技术。
一、超导技术的原理及应用所谓超导，是指在超导材料中，当温度降到一定程度以下时，电流可以在材料内无损耗地流动。
这种无损耗的电流流动，可以使得传输线路没有热损失和电能损耗，从而可大幅提高电力系统的效率和节约能源。
另外，由于超导材料对磁场具有特殊的超导性质，因此也可以在发电机和变压器等电力设备中应用。
1. 超导电缆超导电缆是一种核心包覆式超导电缆，在铜套中包覆多丝超导带材，制成环型导体用于输配电，可显著降低输电线路的电阻和电动势降低，提高电力系统的传输能力和电能传输效率，使得系统的损耗更小，可行的输电距离更远。
与同等电阻的高压电缆相比，超导电缆的直径更小，重量更轻，故布设和维护成本也更低。
2. 超导发电机目前，利用超导技术的发电机已经得到了广泛应用。
传统发电机的旋转部分都是由导体制成，如铜等。
发电时导体的运动会产生磁通量，在大功率的情况下会产生很大的磁化电流，这会使得导体的温升加剧，增大铜质线圈的电阻，降低了发电机的效率。
而利用超导技术制造的发电机，铜材交替覆盖超导带材，这样可以大幅度降低发电机线圈的电阻，提高输出功率，而且还可以减少断路电压和抑制振动等现象，从而使得设备具备更高的稳定性和寿命。
3. 超导变压器超导变压器是利用超导材料制成的线圈来替代传统的铜线圈的变压器。
这种变压器具有更高的能量效率、更低的损耗和更小的体积，使得传统变压器的设计和使用方式得到了极大的改善。
二、超导技术在电力系统中的优势与传统电力系统相比，采用超导技术的电力系统具有如下优势：1. 高效性由于超导材料在低温下电流可以无损耗地流动，因此超导线路的效率可以明显地提高。
具体而言，超导线路的损耗比普通导线的损耗要低得多，从而可以实现更高的能量传输效率。
超导技术的应用和前景
超导技术的应用和前景随着科技的进步，越来越多的新技术在各个领域得到了广泛的应用，其中超导技术就是一种非常重要且具有巨大潜力的新兴技术。
超导技术的原理是在特定的低温条件下，能够让电流不受任何损耗地通过材料，因此可以应用于众多领域，如能源、储能、医疗、通信、交通、环境保护等。
本文将从这些方面来探讨超导技术的应用和前景。
一、能源领域超导技术可以应用于能源领域中的输电，因为传统的输电线路会因为电阻导致能量的流失非常严重。
而利用超导技术的输电线路，由于电流的无损耗传输，可以减少很多能源的浪费。
此外，利用超导技术的电力传输，还可以实现电力长距离传输的问题，这是传统电力输电所无法实现的但是一个非常重要的需求。
将超导技术广泛应用于能源领域，可以提高能源的利用效率，降低浪费量，将是很多国家和地区未来能源战略的重要发展方向。
二、储能领域储能技术一直是能源领域的一个瓶颈。
但是，随着超导技术的应用，储能领域也将会有一个巨大的飞跃，并且未来会有非常大的市场需求。
在储能领域中，超导技术可以应用于超导磁储能技术，这是储能系统功能非常强大的一种方式。
通过利用超导磁体以及配套的系统，可以实现电能转化为磁能的过程，并在适当的时间释放能量，达到储能的目的。
超导磁储能技术的存储密度较高，效率较高，可以在未来应用于电动汽车、海上风电和太阳能电站等领域。
三、医疗领域在医疗领域中，超导技术有很多应用。
其中以磁共振成像技术（MRI）最为广泛应用。
MRI技术可以利用超导磁体产生强磁场对人体内部进行成像，对病人诊断非常有帮助。
除此之外，在医疗领域中，超导技术还可以应用于医学治疗，如重离子治疗等。
四、通信领域超导技术在通信领域中也有着非常广泛的应用。
在高速通信领域中，超导材料可以提高通信信号传输的速度和效率，从而提高整个通信系统的效率和速度。
与此同时，由于超导材料导电性能好，因此可以在微波和毫米波信号传输中得到广泛应用，这将极大地推动通信技术的发展，促进其应用的普及。
超导体的应用与前景
超导体的应用与前景超导体是一种物质，在特定的温度和压力条件下可以以零电阻的形式传输电流。
超导体在电力输送、磁共振成像、磁浮列车、加速器、量子计算和量子通信等方面具有广泛的应用。
本文将讨论一些最新的应用和前景。
一、电力输送电力输送是一个非常重要的领域，超导技术可以使输电线路变得更加高效和节约能源。
超导电缆可以因为采用超导技术而减少能量损失。
使用超导电缆可以使电力传输的效率提高到90%以上。
超导电缆的成本高昂，但由于其减少了能量损失，长期使用来看，它将更经济。
二、磁共振成像磁共振成像是一种非侵入性诊断技术，它可以在不使用放射性物质的情况下获得人体内部状况的完整图像。
磁共振成像需要使用强磁场，超导干线是磁共振仪的重要部分。
超导干线可以使磁共振成像更加精确和高效。
目前，磁共振成像技术的应用广泛，从医学到工业，各种领域都有其应用。
三、磁浮列车磁浮列车是一种基于磁悬浮技术，它可以使列车脱离轨道，悬浮在磁场上。
这种技术可以使列车运行更快、更平滑、更安静。
超导材料可以用作磁浮列车的磁体，可以使得磁浮列车更节能、更高效，减少能量损失和噪音污染。
磁浮列车未来将更加普及，并且有可能成为未来的主要城市交通方式。
四、加速器加速器是一个可以加速粒子的设备。
它可以使用很高的电场或磁场将粒子加速到很高的速度。
超导材料可以作为加速器磁体的重要部分。
超导加速器比传统加速器更节能、更高效，可以大大提高运行效率。
五、量子计算和量子通信量子计算和量子通信是未来通信和计算的重要技术。
量子计算机可以通过使用量子位，实现比传统计算机更快的运算速度。
量子通信是一种用于加密的技术，可以使得信息的传输更加安全。
超导量子比特可以用来作为量子计算机的基本单位，同时超导量子所提供的优异性能可以为量子通信提供良好的量子态的噪音约束。
结论：超导技术涉及到多个领域，而且还有很多新的应用和前景待发掘。
虽然超导技术的应用已经非常广泛，但由于超导体的制造成本较高、超导体的稳定性、机械强度等方面的问题还需进一步解决。
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超导技术在强电领域的应用及市场分析
作者：王醒东
来源：《新材料产业》 2012年第3期
文/王醒东富通集团有限公司
自1911年发现超导现象后，至今已整整100年。
在这百年里，无数科技工作者一直为寻求高临界转变温度的超导材料和推进超导技术实用化而奋斗。
如今，低温超导材料（以液氦为制
冷剂）铌钛合金（N b T i）和铌三锡（N b3S n）已用于低温高场磁体，一代铋（B i）系高温超导（以液氮为制冷剂）带材已实现商业化（主要指B i2S r2C a2C u3O10，简称B i2223），二代Y系（指Y B a2C u3O7，简称Y B C O）高温超导材料也在实用化的途中。
虽然超导技术
神秘的面纱还没有被完全揭开，但不可否认，超导技术是具有战略意义的高新技术，具有重要
的应用价值和巨大的开发前景。
按照应用领域，超导技术可分为强电应用（超导磁体、超导电缆、超导限流器和超导变压
器等）和弱电应用（超导滤波器和超导量子干涉仪等）。
随着能源的不断紧张，各国已把超导
在强电领域的应用作为重点发展方向，并有望在5 ～10年后形成一定的产业规模。
本文旨在介绍超导技术在强电领域的应用，重点介绍超导磁体、超导电缆、超导限流器、
超导储能和超导变压器的特点和研发情况，阐述我国发展超导技术的必要性，并对市场进行展望。
一、高温超导强电应用
1.超导磁体
超导磁体以超导材料作为励磁线圈，利用了其在超导态下的完全抗磁性（迈斯纳效应），
耗能较少，且体积小、稳定性高，可以产生10T以上的高稳态磁场（NbTi和Nb3Sn可分别产生10T和20T的稳态磁场）。
而常规磁体要产生如此大的磁场，成本很大，需要消耗大量的冷却
水和电能。
目前，超导磁体已应用于高能物理和核磁共振仪等仪器设备上。
此外，绝大多数的超导产
品都需要超导磁体，如超导变压器、超导限流器和超导电机等，所以超导磁体是目前超导强电
领域市场份额最大的产品，达到29%，见图1。
当前超导磁体的最大市场还是医学领域使用的磁共振成像（M R I），超导M R I用于病人检测时，分辨率高、成像清晰、磁场和时间稳定性好。
我国的发达地区和大医院，一般采用超导M R I ；而欠发达地区医院一般采用的是永磁M R I。
超导磁体是超导M R I的核心部件，目前主要依赖于进口，价格昂贵，造成病人检测费用高，
一旦超导M R I国产化，在同样的性能条件下，设备售价将有望降低20%～40%。
超导磁体最为直观的应用是超导磁悬浮列车，这种列车环保、快速、舒适，作为短距离的交通工具，发展前景极为广阔。
超导磁体的发展和应用，必会带动我国超导材料的发展和产业化，推动我国超导技术的研究和开发进程。
2.超导电缆
传统电缆以金属铜或铝作为导电介质。
据统计，在电能输送过程中，约有7%的电能白白浪费了，每年损失达千亿千瓦时。
2010年全国发电量为41 413亿kWh，全社会用电量41 923亿kWh，用电量大于发电量，部分地区用电偏紧。
此外，我国用电负荷分布不均，多集中在华中、华东和沿海地区。
若以传统电缆作为输电载体，实施“西电东输”战略，巨大的电能浪费仍将无法避免。
如采用超导技术输电，则具有以下优势（特点）：①功率输送密度高，可以实现低压大电流输电；②质量小、体积小、损耗低，减小了占地空间，缩短了电器距离；③采用液氮作为冷却剂可环保。
由于超导电缆的独特优势，美国、日本、韩国和中国等均在大力发展超导输电技术，并制定了相应的发展战略。
表1列出了已经运行和正在实施超导项目的相关信息。
3.超导电机
超导电机（发电机和电动机）的结构与常规电机相似，只是将常规电机中的绕组用超导材料代替。
与常规电机相比，超导电机质量轻、体积小、噪声低、效率高。
自1995年以来，美国能源部就致力于军用超导电机的研发，而欧洲和日本也早就开始了用于船舶推进器的超导电机和超导发电机的研发，日本已经先后研制了30M V A和50M V A的超导发电机。
早在1983年，我国在武汉“712”研究所等单位联合研制了第一台低温单极超导电机，现在，“712”研究所又积极与北京英纳超导技术有限公司展开合作，准备研制300k W级高温超导样机，据预测，到2016年左右，超导电机有望引来黄金发展期，如图2所示。
基于超导电机在军事上的应用及其他性能优势，目前各国都在抓紧超导电机的开发，已在进行中的超导电机项目见表2。
4.超导限流器
随着经济的持续发展，电网的需求和规模也不断扩大。
目前我国的发电量和装机容量已位居世界第2位，形成了以三峡电网为中心的全国性电力系统，实现了电能的合理利用，提高了电网的运行效率。
但同时也带来了一些问题，如电网系统遇到较大扰动时（短路时），较大的短路电流将严重损害电气设备，更有可能导致电网系统的崩溃。
现行电网系统采用六氟化硫（SF6）断路器直接断开线路故障，受到现有技术的限制，要进一步提高其限流能力非常困难，且其属于被动式限流，不适应现代化电网发展的需要。
如采用超导材料制成限流器，在电路发生短路时，限流器发生失超，产生大电阻，就能够将短路电流限制到电网可接受水平，保证电路系统的稳定性，避免短路电流带来的危害；当短路电流排除后，超导限流器可自行恢复至超导态，为下一次电路故障做好准备。
采用超导限流器替代传统S F6断路器可大大提高电网的稳定性、改善电路可靠性、保护电器设备和降低电网的建设和改造成本。
超导限流器集检测、触发和限流于一体，正因为超导限流器有如此多的优点，所以市场对超导限流器的需求显得非常迫切。
2005年8月，我国10.5kV/1.5kA超导限流器在湖南娄底实现并网运行，现场运行7000h 后，于2006年12月退出电网运行，取得了良好的示范效果。
我国天津电力公司的220kV超导限流器也即将挂网运行。
超导限流器主要类型有电阻型、磁屏蔽型、桥路型、饱和铁心型、感应型、混合型和三相电抗器等，目前研究较多的是饱和铁芯型超导限流器。
超导限流器发展过程示意图可见图3。
5.超导储能装置
将超导线圈置于磁场中，使此线圈处于超导态，撤去磁场后，根据电磁感应原理，线圈中将产生感应电流，只要使此线圈处于超导态，电流便会长期持续下去，这便是超导储能装置的基本原理。
超导储能装图3 超导限流器发展过程示意图置是将电能以电磁能的形式储存起来，释放时又可将电磁能转化为电能传回电网或作他用，反应速度非常快，仅需几毫秒，同时能量转换效率也很高（达到95%）。
超导储能器可短时间内释放巨大能量，可用于激光器。
目前，
超导储能器主要是应用于电网，在电网小负荷运行时，储存多余的电能，在用电高峰时，又释
放电能补偿电网，避免了电能的供需矛盾，大大提高了电网的稳定性。
超导储能装置样机研发
情况见表3。
6.超导变压器
现今的变压器主要采用铜作为绕组，质量和体积较大，此外变压器中还有用来起绝缘和散
热作用的油，污染环境且易燃。
若将绕组替换为超导材料，不仅可以降低变压器质量、体积，
还可以提高效率。
超导变压器以液氮作为制冷剂，对环境无污染。
日本和德国正开发火车牵引
用超导变压器，中国科学院电工研究所也研制出世界首台三相高温超导变压器样机，此举标志
我国已进入超导变压器研发的先进行列。
超导变压器研发情况概括如表4。
二、我国发展超导技术的意义和市场
超导技术是能够推动国民经济发展和社会进步的科学，技术含量和附加值很高。
超导磁体
可广泛应用于各种设备上，超导电缆、变压器、储能装置和限流器的发展，有助于提高我国电
力系统的输送容量和改善电能的稳定性，尤其是在能源紧张、人们对电能质量要求越来越高的
现代社会，发展超导技术显得尤为重要。
随着电力体制的改革和资源配置优化的需要，国家鼓励并推进了跨省级、跨区域电网互联，预计到2020年左右，我国将实现全国电网互联。
此外，2009年国家电网提出了“建设智能电网”战略，“十二五”规划中，科技部也对加快“智能电网”给予了全面的扶持，国家的一系
列政策给超导技术（尤其是超导强电应用领域）带来了发展契机。
推动超导强电技术的研究与
开发，实现超导技术的产业化应用，不仅是现实需要，也是我国电力发展的长远战略。
三、结语
超导的发展虽历经百年，但其技术及相关产品仍处于示范运行或样机阶段，全面产业化还
有待时日（图4列出了几种超导产品发展预期）。
总体上看，我国的超导技术水平与国际发展
水平仍有差距，但我国的科研院所与企业已经意识到超导技术的巨大价值。
我们相信未来不久，在国家、科研院所和企业的共同的努力下，超导技术必会全面实用化。
10.3969/j.issn.1008-892X.2012.03.007。