第一篇：電力系統(tǒng)的超導(dǎo)技術(shù)的論文

電力系統(tǒng)的超導(dǎo)技術(shù)的論文

摘要：近年來高溫超導(dǎo)材料研究取得很大進(jìn)展，它在電力領(lǐng)域的應(yīng)用研究已受到廣泛關(guān)注，一些示范樣機(jī)也已經(jīng)研制成功的投入示范性試驗(yàn)，可以說超導(dǎo)技術(shù)是21世紀(jì)具有戰(zhàn)略經(jīng)濟(jì)意義的高新技術(shù)。從目前電力的發(fā)展現(xiàn)狀來看，充分利用國(guó)內(nèi)各種優(yōu)勢(shì)資源開展超導(dǎo)電力技術(shù)的研究與開發(fā)，對(duì)于提高我國(guó)電力設(shè)備行業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力及電力系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)、超導(dǎo)電性、超導(dǎo)電力裝置

我國(guó)處于發(fā)展時(shí)期，對(duì)電力技術(shù)的有力發(fā)展，會(huì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展顯示著越來越重要的作用，但是隨著電力系統(tǒng)容量的增大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，電力系統(tǒng)巳突顯出了若干技術(shù)難題，如電力安全、高密度供電、高品質(zhì)供電、高效率輸送電等。二目前這些問題的解決，越來越依賴于超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用。超導(dǎo)電力技術(shù)是受國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注的一項(xiàng)前瞻性技術(shù)，將其引入電力系統(tǒng)會(huì)為解決電力系統(tǒng)的固有技術(shù)難題提供一條新的技術(shù)途徑。因此，從電力系統(tǒng)建設(shè)、管理、運(yùn)行及電力設(shè)備市場(chǎng)出發(fā)，我國(guó)均應(yīng)大力加強(qiáng)超導(dǎo)電力技術(shù)的研究與發(fā)展，開發(fā)出性能先進(jìn)、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)、有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超導(dǎo)電力設(shè)備。

目前，超導(dǎo)電力技術(shù)已進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，有些超導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)品已進(jìn)入商品化階段，若干超導(dǎo)電力設(shè)備，如超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)等已在電力系統(tǒng)試運(yùn)行。然而，由于電力系統(tǒng)的重要性、電力設(shè)備運(yùn)行條件的復(fù)雜性，電力系統(tǒng)對(duì)于全面接受超導(dǎo)電力裝置的準(zhǔn)備還不充分。首先，在電力設(shè)備性能鑒定方面，目前還沒有規(guī)范的

標(biāo)準(zhǔn)方法，也沒有一個(gè)能對(duì)超導(dǎo)電力裝置進(jìn)行性能檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)基地，無法對(duì)超導(dǎo)電力裝置是否具備入網(wǎng)條件進(jìn)行科學(xué)判斷。其次，超導(dǎo)電力裝置進(jìn)入電力系統(tǒng)后對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生何種影響，其裝置如何和現(xiàn)有龐大的系統(tǒng)、復(fù)雜的控制相互協(xié)調(diào)沒有充分的研究。同時(shí)，在若干超導(dǎo)電力裝置的關(guān)鍵部件上仍需進(jìn)一步提高技術(shù)性能及可靠性。基于此，國(guó)網(wǎng)武漢高壓研究院與華中科技大學(xué)對(duì)超導(dǎo)電力技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、關(guān)鍵課題、特別是超導(dǎo)電力裝置的性能檢測(cè)方法進(jìn)行了基礎(chǔ)性研究，在此基礎(chǔ)上，籌備建設(shè)和發(fā)展超導(dǎo)電力技術(shù)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，為超導(dǎo)電力技術(shù)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

超導(dǎo)技術(shù)的進(jìn)步逐步形成了超導(dǎo)電力這一新的概念。美國(guó)、日本、歐洲乃至韓國(guó)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)均對(duì)超導(dǎo)電力技術(shù)給予了極大的關(guān)注，政府主導(dǎo)投入超導(dǎo)電力的研究工作，且有若干電力公司、電力設(shè)備制造廠家、甚至國(guó)防研究部門均開展了與超導(dǎo)電力相關(guān)的研究工作。已相繼研制成功了輸電電纜、限流器、磁儲(chǔ)能系統(tǒng)、變壓器、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)等多種超導(dǎo)電力裝置的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。我國(guó)也在“十五”期間開發(fā)了多種超導(dǎo)電力裝置。在Bi系高溫超導(dǎo)帶材走向商品化后，超導(dǎo)電力的研究開發(fā)重點(diǎn)已轉(zhuǎn)移到高溫超導(dǎo)。目前，高溫超導(dǎo)電纜、限流器、變壓器和電動(dòng)機(jī)已進(jìn)入示范試驗(yàn)運(yùn)行階段，高溫超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)也有相應(yīng)的試樣樣機(jī)問世。同時(shí)小型低溫超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的產(chǎn)品已出現(xiàn)。

超導(dǎo)電力技術(shù)是吵到技術(shù)與電工技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新技術(shù)，超導(dǎo)電力技術(shù)主要研究開發(fā)各種電力裝置，以及含超導(dǎo)電力裝置 的電力系統(tǒng)的各種特性。超導(dǎo)電力裝置比起常規(guī)電力裝置來說有損耗小、體積小、重量輕、容量大特點(diǎn)，但超導(dǎo)電力裝置一旦失超，對(duì)電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響也大于常規(guī)的電力裝置，因此超導(dǎo)電力裝置的監(jiān)測(cè)和保護(hù)是超導(dǎo)電力裝置實(shí)用化過程的關(guān)鍵技術(shù)之一。

超導(dǎo)技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用將帶來若干個(gè)直接的和間接的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，甚至引發(fā)技術(shù)性的革命。美國(guó)日本等國(guó)家對(duì)超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)給予了很高的評(píng)價(jià)，美國(guó)能源部認(rèn)為超導(dǎo)技術(shù)是21世紀(jì)電工行業(yè)的高科技，日本新能源開發(fā)機(jī)構(gòu)認(rèn)為超導(dǎo)技術(shù)是21世紀(jì)郭嘉間競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵性高技術(shù)。國(guó)際超導(dǎo)界專家預(yù)測(cè)在5年~10年內(nèi)超導(dǎo)技術(shù)將在電力工業(yè)中獲得廣泛的應(yīng)用。

在我國(guó)，超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用研究也已經(jīng)進(jìn)入起步階段。我們相信，隨著超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展和我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增加，超導(dǎo)電力應(yīng)用技術(shù)的研究必將得到進(jìn)一步的加強(qiáng)，在我國(guó)電力系統(tǒng)中應(yīng)用超導(dǎo)技術(shù)的時(shí)代必將到來。

第二篇：超導(dǎo)材料論文

超導(dǎo)材料

摘要：簡(jiǎn)要介紹了超導(dǎo)材料的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀，對(duì)未來的超導(dǎo)材料的發(fā)展作了展望，并對(duì)目前超導(dǎo)材料的主要研制方法進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：超導(dǎo)體 研究進(jìn)展 高溫 低溫 應(yīng)用 一 前言

超導(dǎo)材料是在低溫條件下能出現(xiàn)超導(dǎo)電性的物質(zhì)。超導(dǎo)材料最獨(dú)特的性能是電能在輸送過程中幾乎不會(huì)損失。超導(dǎo)材料的發(fā)展經(jīng)歷了從低溫到高溫的過程，經(jīng)過無數(shù)科學(xué)家的努力，超導(dǎo)材料的研究已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展。近年來，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，超導(dǎo)材料的性能不斷優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的臨界溫度也越來越高。高溫超導(dǎo)材料的制備工藝也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，一些制備高溫超導(dǎo)材料的材料陸續(xù)被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)在，超導(dǎo)材料的研究主要集中在超導(dǎo)輸電線纜，超導(dǎo)變壓器等電力系統(tǒng)方面，還有，利用超導(dǎo)材料可以形成強(qiáng)磁場(chǎng)，是超導(dǎo)材料在磁懸浮列車的研究上有了用武之地，另外，超導(dǎo)材料在醫(yī)學(xué)，生物學(xué)領(lǐng)域也取得了很大的成就。超導(dǎo)材料的研究未來，超導(dǎo)材料的研究將會(huì)努力向?qū)嵱没l(fā)展。一旦室溫超導(dǎo)體達(dá)到實(shí)用化、工業(yè)化，將對(duì)現(xiàn)代文明社會(huì)中的科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響。二 研究現(xiàn)狀

1.超導(dǎo)材料的探索與發(fā)展

探索新型超導(dǎo)材料在超導(dǎo)材料研究中始終起著關(guān)鍵的作用，同時(shí)也是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)、高投入的研究工作。自1911年荷蘭物理學(xué)家卡麥林·昂尼斯發(fā)現(xiàn)汞在4.2K附近的超導(dǎo)電性以來，人們發(fā)現(xiàn)的新超導(dǎo)材料幾乎遍布整個(gè)元素周期表，從輕元素硼、鋰到過渡重金屬鈾系列等。超導(dǎo)材料的最初研究多集中在元素、合金、過渡金屬碳化物和氮化物等方面。至1973年，發(fā)現(xiàn)了一系列A15型超導(dǎo)體和三元系超導(dǎo)體，如Nb3Sn、V3Ga、Nb3Ge，其中Nb3Ge超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度(Tc)值達(dá)到23.2K。以上超導(dǎo)材料要用液氦做致冷劑才能呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，因而在應(yīng)用上受到很大限制。1986年，德國(guó)科學(xué)家柏諾茲和瑞士科學(xué)家穆勒發(fā)現(xiàn)了新的金屬氧化物超導(dǎo)材料即鋇鑭銅氧化物(La-BaCuO)，其Tc為35K，第一次實(shí)現(xiàn)了液氮溫區(qū)的高溫超導(dǎo)。銅酸鹽高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)是超導(dǎo)材料研究上的一次重大突破，打開了混合金屬氧化物超導(dǎo)體的研究方向。1987年初，中、美科學(xué)家各自發(fā)現(xiàn)臨界溫度大于90K的YBacuO超導(dǎo)體，已高于液氮溫度(77K)，高溫超導(dǎo)材料研究獲得重大進(jìn)展。后來法國(guó)的米切爾發(fā)現(xiàn)了第三類高溫超導(dǎo)體BisrCuO，再后來又有人將Ca摻人其中，得到Bis尤aCuO超導(dǎo)體，首次使氧化物超導(dǎo)體的零電阻溫度突破100K大關(guān)。1988年，美國(guó)的荷曼和盛正直等人又發(fā)現(xiàn)了T1系高溫超導(dǎo)體，將超導(dǎo)臨界溫度提高到當(dāng)時(shí)公認(rèn)的最高記錄125K。瑞士蘇黎世的希林等發(fā)現(xiàn) 在HgBaCaCuO超導(dǎo)體中，臨界轉(zhuǎn)變溫度大約為133K，使高溫超導(dǎo)臨界溫度取得新的突破。

2.超導(dǎo)材料的研究 2.1低溫超導(dǎo)階段

在梅斯勒發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體的抗磁性之后(相繼有荷蘭物理學(xué)家埃倫弗斯特根據(jù)有關(guān)的超導(dǎo) 體在液氦中比熱不連續(xù)現(xiàn)象(提出熱力學(xué)中二級(jí)相變的概念)柯特和卡西米爾提出超導(dǎo)的二 流體模型)德國(guó)物理學(xué)家F·倫敦和H·倫敦兄弟提出超導(dǎo)電性的電動(dòng)力學(xué)唯相理論（即倫敦

方程）；度海森伯根據(jù)電子間的庫(kù)侖相互作用，提出了一種超導(dǎo)微觀理論，波爾提出了另一種微觀理論；前蘇聯(lián)物理學(xué)家阿布里科索夫提出第二類超導(dǎo)體的概念；巴丁/庫(kù)伯和施里費(fèi)提出了BCS理論，賈埃弗發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體中的單電子隧道效應(yīng)；約毖夫森提出了約毖夫森效應(yīng)等等。1934—1985年，人們對(duì)超導(dǎo)體在理論上和實(shí)驗(yàn)上都作了廣泛的研究，使超導(dǎo)物理學(xué)理論逐步發(fā)展，超導(dǎo)材料逐步應(yīng)用于實(shí)際科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。由于人們?cè)谝欢l件下認(rèn)識(shí)水平的局限性以及其它一些原因，直到今天，超導(dǎo)物理學(xué)理論尚不完善，實(shí)際應(yīng)用也不廣泛。在這一階段，人們研究的超導(dǎo)材料臨界轉(zhuǎn)變溫度較低，所以，在超導(dǎo)史上，這一時(shí)期屬于低溫超導(dǎo)階段。

2.2高溫超導(dǎo)階段

目前，高溫超導(dǎo)材料指的是：釔系(92 K)、鉍系(110 K)、鉈系(125 K)和汞系(135 K)以及2001年1月發(fā)現(xiàn)的新型超導(dǎo)體二硼化鎂(39 K)。其中最有實(shí)用價(jià)值的是鉍系、釔系(YBCO)和二硼化鎂(MgB2)。氧化物高溫超導(dǎo)材料是以銅氧化物為組分的具有鈣鈦礦層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜物質(zhì)，在正常態(tài)它們都是不良導(dǎo)體。同低溫超導(dǎo)體相比，高溫超導(dǎo)材料具有明顯的各向異性，在垂直和平行于銅氧結(jié)構(gòu)層方向上的物理性質(zhì)差別很大。高溫超導(dǎo)體屬于非理想的第II類超導(dǎo)體。且具有比低溫超導(dǎo)體更高的臨界磁場(chǎng)和臨界電流，因此是更接近于實(shí)用的超導(dǎo)材料。特別是在低溫下的性能比傳統(tǒng)超導(dǎo)體高得多。

高溫超導(dǎo)材料已進(jìn)入實(shí)用化的研究開發(fā)階段，氧化物復(fù)合超導(dǎo)材料的耐用(robustness)和穩(wěn)定性已引起材料科學(xué)家的廣泛重視。由于高溫超導(dǎo)薄膜材料較早進(jìn)入電子學(xué)器件的應(yīng)用領(lǐng)域，很多學(xué)者做了薄膜材料與環(huán)境相關(guān)的穩(wěn)定性和壽命研究工作。浸泡實(shí)驗(yàn)是一種常用的方法：在不同試劑(水、酒精和丙酮等)、不同氣氛(干氮、濕氮和流動(dòng)氧等)中做周期循環(huán)和熱時(shí)效疲勞試驗(yàn)。研究表明，超導(dǎo)電性的退化主要來自于雜相(第二相)及時(shí)效過程中的析出相。美國(guó)西北大學(xué)的Mirkin建議把在其它材料中應(yīng)用已十分廣泛的分子單層表面化學(xué)改性(又稱“自裝配，Self assembly”)引入到高溫超導(dǎo)銅氧化合物中來。例如用有機(jī)物對(duì)YBCO表面進(jìn)行分子單層表面改性，以此改善薄膜對(duì)環(huán)境的敏感性。

高溫超導(dǎo)帶材以鉍鍶鈣銅氧(BSCCO/2223)系為第一代帶材，它以優(yōu)良的可加工性而得到了廣泛的開發(fā)，并在超導(dǎo)強(qiáng)電應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)重要位置。但鉍系材料的實(shí)用臨界電流密度 較低，并且在77 K的應(yīng)用磁場(chǎng)也很低。相反，YBCO材料在77 K的超導(dǎo)電性遠(yuǎn)優(yōu)于BSCCO材料；然而它的可加工性卻極差，傳統(tǒng)的壓力加工和熱處理工藝難以做出超導(dǎo)性好的帶材。

近年來隨著材料科學(xué)工藝技術(shù)的發(fā)展，一種在軋制(rolling)金屬基帶上制造YBCO 超導(dǎo)帶材的工藝受到極大重視，并被冠以“下一代”高溫超導(dǎo)帶材或“第二代”帶材。有 兩種基本技術(shù)方案：(1)以美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)為代表的一個(gè)方案，稱作軋制 雙取向金屬基帶法(RABiTS)。會(huì)上Specht報(bào)告了基帶的退火織構(gòu)穩(wěn)定性分析，并在1m長(zhǎng)的取向金屬基帶上用激光沉積YBCO外延膜。

歐洲以德國(guó)、丹麥等為代表，努力開展高溫超導(dǎo)材料工藝及應(yīng)用研究。丹麥的NKT已批量制造鉍系超導(dǎo)帶材。長(zhǎng)10m、2000 A的超導(dǎo)電力電纜正在研制中，下一步開發(fā)三相、50～100 m輸電電纜。西門子公司計(jì)劃到2003年制成20 MVA的超導(dǎo)變壓器。用于電子學(xué)方面探傷的RF-SQUID及衛(wèi)星通訊用高溫超導(dǎo)濾波器也在試制之中。

2.3 高溫超導(dǎo)材料的制備工藝

為適應(yīng)各種應(yīng)用的要求，高溫超導(dǎo)材料主要有：膜材(薄膜、厚膜)、塊材、線材和帶材等類型。其制備方法見表1。

2.3.1薄膜 表1 高溫超導(dǎo)材料主要制備方法及用途

高溫超導(dǎo)體薄膜是構(gòu)成高溫超導(dǎo)電子器件的基礎(chǔ)，制備出優(yōu)質(zhì)的高溫超導(dǎo)薄膜是走向器件應(yīng)用的關(guān)鍵。高溫超導(dǎo)薄膜的制備幾乎都是在單晶襯底(如SrTiO3、LaAl O3或MgO)上進(jìn)行薄膜的氣相沉積或外延生長(zhǎng)的。經(jīng)過十年的研究，高溫超導(dǎo)薄膜的制備技術(shù)已趨于成熟，達(dá)到了實(shí)用化水平(Jc>106 Ac·m?2,T=77 K)。目前，最常用、最有效的兩種鍍膜技術(shù)是：磁控濺射(MS)和脈沖激光沉積(PLD)。這兩種方法各有其獨(dú)到之處，磁控濺射法是適合于大面積沉積的最優(yōu)生長(zhǎng)法之一。脈沖激光沉積法能簡(jiǎn)便地使薄膜的化學(xué)組成與靶的化

學(xué)組成達(dá)到一致，并且能控制薄膜的厚度。2.3.2厚膜

高溫超導(dǎo)體厚膜主要用于HTS磁屏蔽、微波諧振器、天線等。它與薄膜的區(qū)別不僅僅是 膜的厚度，還有沉積方式上的不同。其主要不同點(diǎn)在以下三個(gè)方面：(1)通常，薄膜的沉積 需要使用單晶襯底；(2)沉積出的薄膜相對(duì)于襯底的晶向而言具有一定的取向度；(3)一般 薄膜的制造需要使用真空技術(shù)。獲得厚膜的方法有很多：如熱解噴涂和電泳沉積等，而最常用的技術(shù)是絲網(wǎng)印刷和刮漿法，這兩種方法在電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.3.3線材、帶材

超導(dǎo)材料在強(qiáng)電上的應(yīng)用，要求高溫超導(dǎo)體必須被加工成包含有超導(dǎo)體和一種普通金屬的復(fù)合多絲線材或帶材。但陶瓷高溫超導(dǎo)體本身是很脆的，因此不能被拉制成細(xì)的線材。在眾多的超導(dǎo)陶瓷線材的制備方法中，鉍系陶瓷粉體銀套管軋制法(Ag PIT)是最成熟并且比較理想的方法。而壓制出鉍系帶材的臨界電流密度比通過滾軋技術(shù)制備出帶材的臨界電流密度要高得多。

2.3.4 塊材

最初的氧化物超導(dǎo)體都是用固相法或化學(xué)法制得粉末，然后用機(jī)械壓塊和燒結(jié)等通常的粉末冶金工藝獲得塊材，制備方法比較簡(jiǎn)單。但Tc達(dá)到了一定的高度，而載流能力Jc太低，則不能滿足應(yīng)用的要求，因此必須要提高其臨界電流密度。經(jīng)過多年的研究，采用定 向凝固技術(shù)制備出的無大角度晶界的YBa2Cu3O7?x塊材，其Jc值可達(dá)105A·m?2(77 K)。

2.4超導(dǎo)材料在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，電能需求迅速增加，電力系統(tǒng)的規(guī)模也越來越大，形成了聯(lián)合電力系統(tǒng)。目前我國(guó)最大的電力系統(tǒng)容量已超過了10000 Mw，最高輸電電壓為500 kV，大發(fā)電設(shè)備容量超過600Mw，發(fā)電量和裝機(jī)容量均已位居世界第二。全國(guó)己形成五個(gè)跨省電網(wǎng)，五個(gè)獨(dú)立省網(wǎng)和一個(gè)南方聯(lián)營(yíng)電網(wǎng)，不久將建成以三峽電網(wǎng)為中心的全國(guó)性電力系統(tǒng)。

采用聯(lián)合電力系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，如可以利用各地負(fù)荷的互補(bǔ)性減少系統(tǒng)總的裝機(jī)容量；合理利用資源，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；利于安裝大容量機(jī)組，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；減少備用容量等等。然而并網(wǎng)聯(lián)合經(jīng)營(yíng)也帶來了一些問題，如電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，運(yùn)行難度增大。2003年8月14日美國(guó)東北部地區(qū)的大面積停電，對(duì)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提出了警示，必須采取有效措施保證電網(wǎng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

美國(guó)能源部認(rèn)為：超導(dǎo)電力技術(shù)是21世紀(jì)電力工業(yè)唯一的高技術(shù)儲(chǔ)備。根據(jù)國(guó)際超導(dǎo)科技界和相關(guān)產(chǎn)業(yè)部門的預(yù)測(cè)：10年以后，全球超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)將達(dá)到260億美元。因此，超導(dǎo)技術(shù)被認(rèn)為是2l世紀(jì)具有戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)。在電力系統(tǒng)中采用超導(dǎo)技術(shù)可提高單機(jī)容量和增加電網(wǎng)的輸送容量、降低傳輸損耗、提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性、改善電能質(zhì)量、降低電網(wǎng)的占地面積和電網(wǎng)的造價(jià)及改造成本，并使超大規(guī)模電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)成為可能∽J。不 僅如此，通過大容量的超導(dǎo)輸電系統(tǒng)，可將排污的發(fā)電廠建在煤礦和油田附近，或?qū)⒑穗?站建在比較偏遠(yuǎn)的地區(qū)，從而改善人類生存環(huán)境的質(zhì)量。通過超導(dǎo)儲(chǔ)能，還可大大改善可 再生能源的電能質(zhì)量，并使其與大電網(wǎng)有效地聯(lián)結(jié)。因此，加強(qiáng)對(duì)超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)故障電流限制器、超導(dǎo)儲(chǔ)能器、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)和超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)等超導(dǎo)技術(shù)的研究，將會(huì) 極大地推動(dòng)電力科技的發(fā)展，將電力科技的發(fā)展帶入一個(gè)嶄新的階段。目前，超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)故障電流限制器、超導(dǎo)儲(chǔ)能器和超導(dǎo)變壓器已發(fā)展或接近到工程實(shí)用階段，超導(dǎo)發(fā)電 機(jī)和超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)的研制也取得了重大進(jìn)展。

2.4.1超導(dǎo)輸電電纜

我國(guó)電力資源和負(fù)荷分布不均，因此長(zhǎng)距離、低損耗的輸電技術(shù)顯得十分迫切。超導(dǎo)材料由于其零電阻特性以及比常規(guī)導(dǎo)體高得多的載流能力，可以輸送極大的電流和功率而沒有電功率損耗。超導(dǎo)輸電可以達(dá)到單回路輸送GVA級(jí)巨大容量的電力，在短距離、大容量、重負(fù)載的傳輸時(shí)，超導(dǎo)輸電具有更大的優(yōu)勢(shì)。

低溫超導(dǎo)材料應(yīng)用時(shí)需要液氮作為冷卻劑，液氦的價(jià)格很高，這就使低溫超導(dǎo)電纜喪失了工業(yè)化應(yīng)用的可行性。若使用高溫超導(dǎo)材料作為導(dǎo)電線芯制造成超導(dǎo)電纜，就可以在液氮的冷卻下無電阻地傳送電能。高溫超導(dǎo)電纜的出現(xiàn)使超導(dǎo)技術(shù)在電力電纜方面的工業(yè)應(yīng)用成為可能。

目前，市場(chǎng)上可以得到并可用來制造高溫超導(dǎo)電纜的材料主要是銀包套鉍系多芯高溫超導(dǎo)帶材，其臨界工程電流密度大于10 kA/cm2高溫超導(dǎo)電纜以其尺寸較小、損耗低、傳輸容量大的優(yōu)勢(shì)，可用于地下電纜工程改造。以高溫超導(dǎo)電纜取代現(xiàn)有的常導(dǎo)電纜，可增加傳輸容量。高溫超導(dǎo)電纜另一重要應(yīng)用場(chǎng)合是可在比常導(dǎo)電纜較低的運(yùn)行電壓下將巨大的電能傳輸進(jìn)入城市負(fù)荷中心。由于交流損耗的緣故，利用高溫超導(dǎo)材料制備直流電纜比 制備交流電纜更具優(yōu)勢(shì)。利用超導(dǎo)技術(shù)，通過設(shè)計(jì)實(shí)用的直流傳輸電纜和有效的匹配系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能低壓大容量直流電力傳輸系統(tǒng)。

2.4.2超導(dǎo)變壓器

超導(dǎo)變壓器一般都采用與常規(guī)變壓器～樣的鐵芯結(jié)構(gòu)，僅高、低壓繞組采用超導(dǎo)繞組。超導(dǎo)繞組置于非金屬低溫容器中，以減少渦流損耗。變壓器鐵芯一般仍處在室溫條件下，超導(dǎo)變壓器具有損耗低、體積小、效率高(可達(dá)99％以上)、極限單機(jī)容量大、長(zhǎng)時(shí)過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)由于采用高阻值的基底材料，因此具有一定的限制故障電流作用。一般而言，超導(dǎo)變壓器的重量(鐵芯和導(dǎo)線)僅為常規(guī)變壓器的40％甚至更小，特別是當(dāng)變壓器的容量超過300 MVA時(shí)，這種優(yōu)越性將更為明顯。

早在20世紀(jì)60年代，就有人對(duì)超導(dǎo)變壓器進(jìn)行了研究。但是，由于交流損耗過大雨被認(rèn)為是不經(jīng)濟(jì)的。隨著極細(xì)絲超導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)體的出現(xiàn)，超導(dǎo)變壓器才成為有吸引力的應(yīng)用項(xiàng) 目。高溫超導(dǎo)材料的出現(xiàn)，更是降低了超導(dǎo)變壓器的技術(shù)難度，由于超導(dǎo)受到的磁場(chǎng)強(qiáng)度 只有0．3～0．5 T，因此在變壓器中采用高溫超導(dǎo)材料是合適的；同時(shí)在液氮下的絕緣強(qiáng)度比液氦下的高，所以，將會(huì)使變壓器絕緣更簡(jiǎn)化。三 結(jié)論與展望

前一段時(shí)間之所以會(huì)掀起世界性的超導(dǎo)熱，是因?yàn)槌瑢?dǎo)的三大特點(diǎn)：零電阻、完全的抗磁性和隧道效應(yīng)。這些特性帶來很大的實(shí)用價(jià)值’例如超導(dǎo)的零電阻’能使人們實(shí)現(xiàn)電力 的無損輸送等+如何使超導(dǎo)體的這三大特性實(shí)用化’以及實(shí)用化后將會(huì)出現(xiàn)的問題’都是目前超導(dǎo)科學(xué)工作者們所面臨的難題

3.1超導(dǎo)材料的可能應(yīng)用

關(guān)于超導(dǎo)材料的應(yīng)用，人們首先想到的是利用超導(dǎo)體的第一個(gè)特性—無電阻電流，假如能建立起一個(gè)全國(guó)性的電力網(wǎng)，由于無電阻，電力網(wǎng)中就無損耗，那么將節(jié)省10%—20%因輸送而造成的電力損耗；用超導(dǎo)體制成的集成電路，將大幅度提高集成電路的性能；不發(fā)熱，可以大大地縮小計(jì)算機(jī)的體積并大大加快運(yùn)算速度。到目前為止，日本在超導(dǎo)材料的應(yīng)用開發(fā)方面在世界上居領(lǐng)先地位，他們正在研制開發(fā)超導(dǎo)三極管、超導(dǎo)集成電路等。

利用超導(dǎo)的第二個(gè)性質(zhì)，可以形成高磁場(chǎng)，高磁場(chǎng)在新興的科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，如日本正計(jì)劃建設(shè)磁浮列車以及用超導(dǎo)電磁來推動(dòng)輪船等。另一個(gè)用途是儲(chǔ)能，美國(guó)計(jì)劃一項(xiàng)代號(hào)為SMES的儲(chǔ)能工程，這一工程研究了能在10s內(nèi)釋放40—100MW的能量；儲(chǔ)能的另一個(gè)用途是均衡電力網(wǎng)，因?yàn)槿找归g的電力需求不一。夜間，人們用電較少，則可以存儲(chǔ)起來，在白天需要時(shí)釋放出來。

超導(dǎo)材料還可用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)及測(cè)量系統(tǒng)等等，由于真正理想的超導(dǎo)體尚未問世，人們對(duì)超導(dǎo)材料在科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用只能作一些設(shè)想和簡(jiǎn)單的試驗(yàn)，一旦理想的超導(dǎo)材料問世，它的實(shí)際應(yīng)用遠(yuǎn)非今天所能設(shè)想的，它必將改變?nèi)祟惪茖W(xué)以致改變整個(gè)世界。

3.2超導(dǎo)研究所遇到的困難

超導(dǎo)材料有著廣闊的應(yīng)用前景，但要用超導(dǎo)材料來改進(jìn)現(xiàn)有的科技工程又決非易事。目前，科學(xué)家和工程師們所遇到的困難是如何使超導(dǎo)材料實(shí)用化，即提高臨界轉(zhuǎn)變溫度、臨界電流密度和改良其加工性能，制造出理想的超導(dǎo)材料。

3.3中國(guó)超導(dǎo)材料的發(fā)展

我國(guó)電力、通信、國(guó)防、醫(yī)療等方面的發(fā)展急需利用超導(dǎo)技術(shù)解決現(xiàn)有的關(guān)鍵技術(shù)問題。在電力工業(yè)方面，電能需求量日益增長(zhǎng)，對(duì)供電質(zhì)量和可靠性的要求越來越高，常規(guī) 電力技術(shù)已越來越不能滿足電力工業(yè)發(fā)展的需求。超導(dǎo)電力技術(shù)(如超導(dǎo)儲(chǔ)能、電纜、限流器、電機(jī)等)可以克服常規(guī)電力技術(shù)的缺陷，它的應(yīng)用將帶來電力工業(yè)的重大變革。在國(guó)防

工業(yè)方面，由于超導(dǎo)技術(shù)不可代替的特殊性和優(yōu)越性，將在掃雷艇、超導(dǎo)電機(jī)、電磁武器、傳感器、艦船用防彈及導(dǎo)航用高精度超導(dǎo)陀螺儀等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

七五”以來，在國(guó)家“863”專項(xiàng)計(jì)劃和國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃的支持下，我國(guó)超導(dǎo)企業(yè)堅(jiān)持自主創(chuàng)新，在超導(dǎo)理論、材料及應(yīng)用等方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，申請(qǐng)了數(shù)百項(xiàng)專利，同時(shí)在超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)化與技術(shù)應(yīng)用方面也實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。自2000年以來，國(guó)內(nèi)企業(yè)資本積極參與超導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，西部超導(dǎo)材料科技有限公司、北京中數(shù)威利超導(dǎo)技術(shù)有 限公司、北京云電英納超導(dǎo)電纜有限公司和天津海泰超導(dǎo)公司相繼成立。中國(guó)科學(xué)院電工研究所與5家電力設(shè)備制造企業(yè)和應(yīng)用單位就超導(dǎo)限流器、電纜和變壓器等簽訂了技術(shù)開發(fā)合同，共同推進(jìn)超導(dǎo)電力技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

到2020年，超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)對(duì)我國(guó)GDP的貢獻(xiàn)將達(dá)到200億美元，超導(dǎo)材料將在電力、醫(yī)療、交通、通訊和國(guó)防等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)將形成較大規(guī)模并有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)，占據(jù)國(guó)際超導(dǎo)市場(chǎng)的20％以上，材料制備達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。在這期間，我國(guó)低溫超導(dǎo)材料的產(chǎn)業(yè)化將在國(guó)際熱核聚變計(jì)劃實(shí)施和磁共振成像技術(shù)應(yīng)用的牽引下得到快速發(fā)展。高溫超導(dǎo)材料將逐漸成為實(shí)用超導(dǎo)材料的主體，第二代實(shí)用高溫超導(dǎo)材料將形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)。我國(guó)將建立相應(yīng)的國(guó)家平臺(tái)或研究開發(fā)基地，進(jìn)一步提升我國(guó)超導(dǎo)材料自主創(chuàng)新能力和國(guó)際科學(xué)創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)力。

西北有色金屬研究院經(jīng)過40年的艱苦努力，在超導(dǎo)材料研究和產(chǎn)業(yè)化方面實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)跨越式發(fā)展，換來了“十五”期間我國(guó)超導(dǎo)材料研發(fā)歷史上里程碑的成果，并且奠定了未來發(fā)展的基礎(chǔ)。在未來的5～15年，西北有色金屬研究院將繼續(xù)堅(jiān)持自主創(chuàng)新，在我國(guó)建成具有國(guó)際一流水平的低溫超導(dǎo)材料生產(chǎn)基地，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)材料技術(shù)的突破，實(shí)現(xiàn) 我國(guó)超導(dǎo)材料第二個(gè)跨越式發(fā)展。參考文獻(xiàn)： 李華，胡國(guó)程，LI Hua，HU Guo-cheng.超導(dǎo)材料.湖南冶金，2000，“"(5)2 馮瑞華，姜山.超導(dǎo)材料的發(fā)展與研究現(xiàn)狀.低溫與超導(dǎo)，2007，35(6)3 談國(guó)強(qiáng)。超導(dǎo)材料的發(fā)展?fàn)顩r.佛山陶瓷，2005，5 4 超導(dǎo)材料的應(yīng)用.內(nèi)蒙古電大學(xué)刊，2004，2 5 石勇.超導(dǎo)材料的制備與特性研究綜述.山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，19(2)6 楊公安，蒲永平，王瑾菲，莊永勇，韋繼鋒 超導(dǎo)材料研究進(jìn)展及其應(yīng)用.陶瓷，2009，”“(7)7 嚴(yán)仲明，董亮，王豫.超導(dǎo)材料在電工領(lǐng)域的應(yīng)用.電工材料，2007，2 8 宗曦華，張喜澤.超導(dǎo)材料在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用.電線電纜，2006，”“(5)9 袁冠森.高溫超導(dǎo)材料的實(shí)用化的新進(jìn)展.稀有金屬，1998，22(3)10 錢九紅，袁冠森.高溫超導(dǎo)材料制備工藝的進(jìn)展.稀有金屬，1998年 22(2)11 李想.我國(guó)超導(dǎo)材料發(fā)展快步走向?qū)嵱卯a(chǎn)業(yè)化.稀有金屬快報(bào)，2006，25(5)12 錢廷欣，周雅偉，趙曉鵬.新型超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展.材料導(dǎo)報(bào)，2006，20(2)13 李想.中國(guó)超導(dǎo)材料發(fā)展快步走向?qū)嵱没?稀土信息，2006，”"(5)

第三篇：高溫超導(dǎo)材料論文 最新

高溫超導(dǎo)材料研究

摘要：簡(jiǎn)要介紹了高溫超導(dǎo)材料及其發(fā)展歷史，對(duì)超導(dǎo)材料的發(fā)展現(xiàn)狀和用途進(jìn)行說明，對(duì)目前超導(dǎo)材料的主要研制方法進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：超導(dǎo)材料 研究進(jìn)展 高溫 應(yīng)用

一、高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展歷史

高溫超導(dǎo)材料一般是指臨界溫度在絕對(duì)溫度77K以上、電阻接近零的超導(dǎo)材料，通?？梢栽诹畠r(jià)的液氮（77K）制冷環(huán)境中使用，主要分為兩種：釔鋇銅氧（YBCO）和鉍鍶鈣銅氧(BSCCO)。釔鋇銅氧一般用于制備超導(dǎo)薄膜，應(yīng)用在電子、通信等領(lǐng)域；鉍鍶鈣銅氧主要用于線材的制造。

1911年，荷蘭萊頓大學(xué)的卡末林·昂尼斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到-268.98°C時(shí)，汞的電阻突然消失；后來他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導(dǎo)電性能，卡末林·昂尼斯稱之為超導(dǎo)態(tài)，他也因此獲得了1913年諾貝爾獎(jiǎng)。

1933年，荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的另一個(gè)極為重要的性質(zhì)，當(dāng)金屬處在超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，這一超導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，卻把原來存在于體內(nèi)的磁場(chǎng)排擠出去。對(duì)單晶錫球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：錫球過渡到超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，錫球周圍的磁場(chǎng)突然發(fā)生變化，磁力線似乎一下子被排斥到超導(dǎo)體之外去了，人們將這種現(xiàn)象稱之為“邁斯納效應(yīng)”。

自卡麥林·昂尼斯發(fā)現(xiàn)汞在4.2K附近的超導(dǎo)電性以來，人們發(fā)現(xiàn)的新超導(dǎo)材料幾乎遍布整個(gè)元素周期表，從輕元素硼、鋰到過渡重金屬鈾系列等。超導(dǎo)材料的最初研究多集中在元素、合金、過渡金屬碳化物和氮化物等方面。至1973年，發(fā)現(xiàn)了一系列A15型超導(dǎo)體和三元系超導(dǎo)體，如Nb3Sn、V3Ga、Nb3Ge，其中Nb3Ge超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度(Tc)值達(dá)到23.2K。以上超導(dǎo)材料要用液氦做致冷劑才能呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，因而在應(yīng)用上受到很大限制。1986年，德國(guó)科學(xué)家柏諾茲和瑞士科學(xué)家穆勒發(fā)現(xiàn)了新的金屬氧化物超導(dǎo)材料即鋇鑭銅氧化物(La-BaCuO)，其Tc為35K，第一次實(shí)現(xiàn)了液氮溫區(qū)的高溫超導(dǎo)。銅酸鹽高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)是超導(dǎo)材料研究上的一次重大突破，打開了混合金屬氧化物超導(dǎo)體的研究方向。1987年初，中、美科學(xué)家各自發(fā)現(xiàn)臨界溫度大于90K的YBacuO超導(dǎo)體，已高于液氮溫度(77K)，高溫超導(dǎo)材料研究獲得重大進(jìn)展。后來法國(guó)的米切爾發(fā)現(xiàn)了第三類高溫超導(dǎo)體BisrCuO，再后來又有人將Ca摻人其中，得到Bis尤aCuO超導(dǎo)體，首次使氧化物超導(dǎo)體的零電阻溫度突破100K大關(guān)。1988年，美國(guó)的荷曼和盛正直等人又發(fā)現(xiàn)了T1系高溫超導(dǎo)體，將超導(dǎo)臨界溫度提高到當(dāng)時(shí)公認(rèn)的最高記錄125K。瑞士蘇黎世的希林等發(fā)現(xiàn)在HgBaCaCuO超導(dǎo)體中，臨界轉(zhuǎn)變溫度大約為133K，使高溫超導(dǎo)臨界溫度取得新的突破。

二、高溫超導(dǎo)體的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，高溫超導(dǎo)材料指的是：釔系(92 K)、鉍系(110 K)、鉈系(125 K)和汞系(135 K)以及2001年1月發(fā)現(xiàn)的新型超導(dǎo)體二硼化鎂(39 K)。其中最有實(shí)用價(jià)值的是鉍系、釔系(YBCO)和二硼化鎂(MgB2)。氧化物高溫超導(dǎo)材料是以銅氧化物為組分的具有鈣鈦礦層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜物質(zhì)，在正常態(tài)它們都是不良導(dǎo)體。同低溫超導(dǎo)體相比，高溫超導(dǎo)材料具有明顯的各向異性，在垂直和平行于銅氧結(jié)構(gòu)層方向上的物理性質(zhì)差別很大。高溫超導(dǎo)體屬于非理想的第II類超導(dǎo)體。且具有比低溫超導(dǎo)體更高的臨界磁場(chǎng)和臨界電流，因此是更接近于實(shí)用的超導(dǎo)材料。特別是在低溫下的性能比傳統(tǒng)超導(dǎo)體高得多。

高溫超導(dǎo)材料已進(jìn)入實(shí)用化的研究開發(fā)階段，氧化物復(fù)合超導(dǎo)材料的耐用(robustness)和穩(wěn)定性已引起材料科學(xué)家的廣泛重視。由于高溫超導(dǎo)薄膜材料較早進(jìn)入電子學(xué)器件的應(yīng)用領(lǐng)域，很多學(xué)者做了薄膜材料與環(huán)境相關(guān)的穩(wěn)定性和壽命研究工作。浸泡實(shí)驗(yàn)是一種常用的方法：在不同試劑(水、酒精和丙酮等)、不同氣氛(干氮、濕氮和流動(dòng)氧等)中做周期循環(huán)和熱時(shí)效疲勞試驗(yàn)。研究表明，超導(dǎo)電性的退化主要來自于雜相(第二相)及時(shí)效過程中的析出相。美國(guó)西北大學(xué)的Mirkin建議把在其它材料中應(yīng)用已十分廣泛的分子單層表面化學(xué)改性(又稱“自裝配，Self assembly”)引入到高溫超導(dǎo)銅氧化合物中來。例如用有機(jī)物對(duì)YBCO表面進(jìn)行分子單層表面改性，以此改善薄膜對(duì)環(huán)境的敏感性。

高溫超導(dǎo)帶材以鉍鍶鈣銅氧(BSCCO/2223)系為第一代帶材，它以優(yōu)良的可加工性而得到了廣泛的開發(fā)，并在超導(dǎo)強(qiáng)電應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)重要位置。但鉍系材料的實(shí)用臨界電流密度較低，并且在77 K的應(yīng)用磁場(chǎng)也很低。相反，YBCO材料在77 K的超導(dǎo)電性遠(yuǎn)優(yōu)于BSCCO材料；然而它的可加工性卻極差，傳統(tǒng)的壓力加工和熱處理工藝難以做出超導(dǎo)性好的帶材。

近年來隨著材料科學(xué)工藝技術(shù)的發(fā)展，一種在軋制(rolling)金屬基帶上制造YBCO超導(dǎo)帶材的工藝受到極大重視，并被冠以“下一代”高溫超導(dǎo)帶材或“第二代”帶材。有兩種基本技術(shù)方案：(1)以美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)為代表的一個(gè)方案，稱作軋制雙取向金屬基帶法(RABiTS)。會(huì)上Specht報(bào)告了基帶的退火織構(gòu)穩(wěn)定性分析，并在1m長(zhǎng)的取向金屬基帶上用激光沉積YBCO外延膜。

歐洲以德國(guó)、丹麥等為代表，努力開展高溫超導(dǎo)材料工藝及應(yīng)用研究。丹麥的NKT已批量制造鉍系超導(dǎo)帶材。長(zhǎng)10m、2000 A的超導(dǎo)電力電纜正在研制中，下一步開發(fā)三相、50～100 m輸電電纜。西門子公司計(jì)劃到2003年制成20 MVA的超導(dǎo)變壓器。用于電子學(xué)方面探傷的RF-SQUID及衛(wèi)星通訊用高溫超導(dǎo)濾波器也在試制之中。

三、高溫超導(dǎo)材料的制備工藝

為適應(yīng)各種應(yīng)用的要求，高溫超導(dǎo)材料主要有：膜材(薄膜、厚膜)、塊材、線材和帶材等類型。3.1 薄膜

高溫超導(dǎo)體薄膜是構(gòu)成高溫超導(dǎo)電子器件的基礎(chǔ)，制備出優(yōu)質(zhì)的高溫超導(dǎo)薄膜是走向器件應(yīng)用的關(guān)鍵。高溫超導(dǎo)薄膜的制備幾乎都是在單晶襯底(如SrTiO3、LaAlO3或MgO)上進(jìn)行薄膜的氣相沉積或外延生長(zhǎng)的。經(jīng)過十年的研究，高溫超導(dǎo)薄膜的制備技術(shù)已趨于成熟，達(dá)到了實(shí)用化水平(Jc>106

Ac·m?2,T=77K)。目前，最常用、最有效的兩種鍍膜技術(shù)是：磁控濺射(MS)和脈沖激光沉積(PLD)。這兩種方法各有其獨(dú)到之處，磁控濺射法是適合于大面積沉積的最優(yōu)生長(zhǎng)法之一。脈沖激光沉積法能簡(jiǎn)便地使薄膜的化學(xué)組成與靶的化學(xué)組成達(dá)到一致，并且能控制薄膜的厚度。3.2 厚膜

高溫超導(dǎo)體厚膜主要用于HTS磁屏蔽、微波諧振器、天線等。它與薄膜的區(qū)別不僅僅是膜的厚度，還有沉積方式上的不同。其主要不同點(diǎn)在以下三個(gè)方面：(1)通常，薄膜的沉積需要使用單晶襯底；(2)沉積出的薄膜相對(duì)于襯底的晶向而言具有一定的取向度；(3)一般薄膜的制造需要使用真空技術(shù)。獲得厚膜的方法有很多：如熱解噴涂和電泳沉積等，而最常用的技術(shù)是絲網(wǎng)印刷和刮漿法，這兩種方法在電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。3.3 線材、帶材

超導(dǎo)材料在強(qiáng)電上的應(yīng)用，要求高溫超導(dǎo)體必須被加工成包含有超導(dǎo)體和一種普通金屬的復(fù)合多絲線材或帶材。但陶瓷高溫超導(dǎo)體本身是很脆的，因此不能被拉制成細(xì)的線材。在眾多的超導(dǎo)陶瓷線材的制備方法中，鉍系陶瓷粉體銀套管軋制法(Ag PIT)是最成熟并且比較理想的方法。而壓制出鉍系帶材的臨界電流密度比通過滾軋技術(shù)制備出帶材的臨界電流密度要高得多。3.4 塊材

最初的氧化物超導(dǎo)體都是用固相法或化學(xué)法制得粉末，然后用機(jī)械壓塊和燒結(jié)等通常的粉末冶金工藝獲得塊材，制備方法比較簡(jiǎn)單。但Tc達(dá)到了一定的高度，而載流能力Jc太低，則不能滿足應(yīng)用的要求，因此必須要提高其臨界電流密度。經(jīng)過多年的研究，采用定向凝固技術(shù)制備出的無大角度晶界的YBa2Cu3O7?x塊材，其Jc值可達(dá)105A·m?2(77 K)。

四、高溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用 綜合目前超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展情況，超導(dǎo)技術(shù)可以在以下行業(yè)得到應(yīng)用和拓展：

4.1電力

超導(dǎo)技術(shù)與電力技術(shù)的結(jié)合將給電力行業(yè)的發(fā)、輸、配電帶來革命性的改變，電力行業(yè)是超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)最重要的應(yīng)用場(chǎng)所與市場(chǎng)。超導(dǎo)技術(shù)在電力中的應(yīng)用主要包括：

4.1.1高溫超導(dǎo)電纜

現(xiàn)有電纜的擴(kuò)容問題一直困擾著城市電力的發(fā)展。傳統(tǒng)的城市地下輸電電纜存在著通量小、損耗大、對(duì)土壤和地下水有熱污染及油污染、土建費(fèi)用高等問題，城市電力擴(kuò)容變得越來越困難。高溫超導(dǎo)電纜具有體積小、造價(jià)低、高節(jié)能、無污染等優(yōu)點(diǎn)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，終將替代傳統(tǒng)電纜。

高溫超導(dǎo)電纜的大規(guī)模應(yīng)用能夠極大地提高電力輸電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本。目前國(guó)際上高溫超導(dǎo)電纜的總體發(fā)展趨勢(shì)是研制大容量、低交流損耗、超長(zhǎng)高溫超導(dǎo)電纜。據(jù)專家估計(jì)，高溫超導(dǎo)電纜最有可能率先實(shí)現(xiàn)實(shí)用化和商業(yè)化。

4.1.2超導(dǎo)電機(jī)：

電動(dòng)機(jī)是最常用的電氣設(shè)備，但傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)耗電量極大。美國(guó)工業(yè)界專家估計(jì)，1,000馬力以上的工業(yè)用電動(dòng)機(jī)大約要消耗美國(guó)能源的25%。與常規(guī)電機(jī)相比，超導(dǎo)電機(jī)具有節(jié)能性好、體積小、單機(jī)容量大、造價(jià)及運(yùn)營(yíng)成本低、穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。供給同樣的功率，超導(dǎo)電機(jī)的尺寸是常規(guī)電機(jī)的1/3，制造成本可降低40%，電流損耗可減少50%，運(yùn)行成本可降低50%。美國(guó)能源部估計(jì)，高溫超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)的低損耗每年可減少數(shù)十億美元的運(yùn)行費(fèi)用。

在軍事上戰(zhàn)艦應(yīng)用高溫超導(dǎo)電機(jī)，其艦船體積重量更小，空間布置更靈活，推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠，效率更高，控制更方便，調(diào)速性能更好，能大大提高隱蔽性，達(dá)到高速安靜運(yùn)行，具有重要的軍事意義。

4.1.3超導(dǎo)變壓器：

常規(guī)變壓器有許多缺點(diǎn)，如負(fù)載損耗高、重量和尺寸大、過負(fù)載能力低、沒有限流能力、油污染及壽命短等。在美國(guó)，變壓器的總裝機(jī)容量約為總發(fā)電量的3-4倍，其電力系統(tǒng)的網(wǎng)損約為總發(fā)電量的7.34%，其中25%為變壓器損失。相比較而言，超導(dǎo)變壓器體積小、重量輕、電壓轉(zhuǎn)換能量效率高、火災(zāi)環(huán)境事故機(jī)率低、無油污染等優(yōu)點(diǎn)，在提高電力系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行性能、降低成本、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等方面有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

4.1.4超導(dǎo)限流器：

限流器（FCL）是一種提高電網(wǎng)穩(wěn)定性的電力設(shè)備。隨著社會(huì)的發(fā)展,對(duì)電網(wǎng)的質(zhì)量要求越來越高，而傳統(tǒng)的限流器很難在短時(shí)間內(nèi)對(duì)電網(wǎng)的脈沖電流起到限制作用。高溫超導(dǎo)限流器正好禰補(bǔ)了傳統(tǒng)限流器的缺點(diǎn)，其限流時(shí)間可小于百微秒級(jí)，能快速和有效地起到限流作用。超導(dǎo)限流器是利用超導(dǎo)體的超導(dǎo)態(tài)-常態(tài)轉(zhuǎn)變的物理特性來達(dá)到限流要求，它可同時(shí)集檢測(cè)、觸發(fā)和限流于一身，被認(rèn)為是當(dāng)前最好的而且也是唯一的行之有效的短路故障限流裝置。1989年以來，美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、瑞士和日本等都相繼開展了高溫超導(dǎo)限流器的研究。當(dāng)前，國(guó)際上適應(yīng)配電系統(tǒng)的高溫超導(dǎo)限流器的技術(shù)性能已經(jīng)接近應(yīng)用的水平，但大體上仍處在示范試驗(yàn)階段。

4.1.5超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置

超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置是利用超導(dǎo)線圈將電磁能直接儲(chǔ)存起來，需要時(shí)再將電磁能返回電網(wǎng)或其他負(fù)載的一種電力設(shè)施。由于儲(chǔ)能線圈由超導(dǎo)線繞制且維持在超導(dǎo)態(tài)，線圈中所儲(chǔ)能幾乎無損耗地永久儲(chǔ)存下去直到需要釋放時(shí)為止。超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置不僅可用于調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的峰谷或解決電網(wǎng)瞬間斷電對(duì)用電設(shè)備的影響，而且可用于降低或消除電網(wǎng)的低頻功率震蕩從而改善電網(wǎng)的電壓和頻率特性，同時(shí)還可用于無功和功率因數(shù)的調(diào)節(jié)以改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.2醫(yī)療

4.2.1核磁共振人體成像儀（MRI）：

MRI是通過探測(cè)人體各個(gè)器官在磁場(chǎng)下感應(yīng)出的不同信號(hào)來診斷病變的一種設(shè)備。傳統(tǒng)的MRI采用常規(guī)磁體,磁場(chǎng)小,很難探測(cè)到初期的病變，同時(shí)，其主磁場(chǎng)處于封閉的磁體空洞內(nèi)，掃描時(shí)需將受檢者置于與外界隔絕的狹小空間，易使人產(chǎn)生幽閉恐怖癥，大大影響了該設(shè)備的廣泛應(yīng)用，低溫超導(dǎo)磁體因此被廣泛應(yīng)用于MRI中。由于低溫超導(dǎo)的液氦溫度要求，其運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用很高。一些國(guó)家加快了高溫超導(dǎo)MRI的研究，1998年，Oxford磁體技術(shù)公司和西門子公司合作研制了一個(gè)用于人體MRI的高溫超導(dǎo)磁體。

4.3運(yùn)輸

4.3.1磁懸浮列車：

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)交通運(yùn)輸?shù)囊笤絹碓礁?，高速列車?yīng)運(yùn)而生。與現(xiàn)有的鐵路、公路、水路和航空四種傳統(tǒng)運(yùn)輸方式相比，超導(dǎo)磁懸浮列車具有高速、安全、噪音低和占地小等優(yōu)點(diǎn)，是未來理想的交通工具。

使用Bi系高溫超導(dǎo)線材的超導(dǎo)磁懸浮列車，懸浮間隙大，速度高，相對(duì)于低溫超導(dǎo)的磁懸浮列車而言，制冷費(fèi)用低，制冷設(shè)備簡(jiǎn)單。英納公司和清華大學(xué)應(yīng)用超導(dǎo)研究中心合作開展高溫超導(dǎo)磁懸浮列車的研究，目前已取得較大突破，并且已經(jīng)申請(qǐng)了高溫超導(dǎo)磁懸浮專利。4.4 IT行業(yè) 4.4.1超導(dǎo)計(jì)算機(jī)：

高速計(jì)算機(jī)要求集成電路芯片上的元件和連接線密集排列，但密集排列的電路在工作時(shí)會(huì)發(fā)生大量的熱，而散熱是超大規(guī)模集成電路面臨的難題。超導(dǎo)計(jì)算機(jī)中的超大規(guī)模集成電路，其元件間的互連線用接近零電阻和超微發(fā)熱的超導(dǎo)器件來制作，不存在散熱問題，同時(shí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度大大提高。此外，科學(xué)家正研究用半導(dǎo)體和超導(dǎo)體來制造晶體管，甚至完全用超導(dǎo)體來制作晶體管。4.4.2超導(dǎo)開關(guān)：

超導(dǎo)開關(guān)可以分為電阻開關(guān)和電感開關(guān)。電阻開關(guān)是利用超導(dǎo)體以下性能：若改變磁場(chǎng)、電流和溫度三個(gè)參量的任一個(gè)，就可以使它從零電阻態(tài)轉(zhuǎn)變到有阻狀態(tài)。例如，用冷子管作開關(guān)，就是利用一個(gè)完全超導(dǎo)的控制元件所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，通過使門元件發(fā)生超導(dǎo)---正常轉(zhuǎn)變來控制門元件的電阻而制成。這種開關(guān)的低電阻態(tài)為零，高電阻態(tài)典型的是毫歐姆數(shù)量級(jí)，所以，開關(guān)比是無限大。電感開關(guān)的原理是：不是像線圈、線等電路元件的電感，可用來將靠近它的超導(dǎo)體作正常態(tài)和超導(dǎo)態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，或移動(dòng)電路元件附近的超導(dǎo)表面，使它發(fā)生相同轉(zhuǎn)變，制成開關(guān)。由于超導(dǎo)體的特殊性能，超導(dǎo)開關(guān)的開關(guān)速度可達(dá)納秒。4.5超導(dǎo)磁分離裝置：

磁分離器在物質(zhì)的提純、分離方面具有舉足輕重的作用。傳統(tǒng)的磁分離器由于很難產(chǎn)生高磁場(chǎng)，其應(yīng)用受到了很大的限制。高溫超導(dǎo)線材具有比銅線高100倍的通流能力,用它制成的磁分離器很容易得到高磁場(chǎng)強(qiáng)度和高磁場(chǎng)梯度,解決了許多用傳統(tǒng)磁分離器分離不了物質(zhì)的分離問題，并且能節(jié)約大量能源，與傳統(tǒng)磁分離器相比，節(jié)能效率提高90%。我國(guó)高嶺土儲(chǔ)量占世界的70%，高溫超導(dǎo)磁分離器的發(fā)展將給我國(guó)高嶺土工業(yè)帶來突破性發(fā)展。同時(shí)，高溫超導(dǎo)磁分離器能大大提高一次污水處理能力，將給環(huán)保工業(yè)帶來一場(chǎng)革命。

??綜合以上分析可以看出，超導(dǎo)線材作為一種新型材料，將廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、軍事技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生和各種高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，其前景有可能如當(dāng)年的晶體管取代電子管一樣，世界將勢(shì)必迎來一個(gè)嶄新的超導(dǎo)時(shí)代。高溫超導(dǎo)線材及其應(yīng)用產(chǎn)品有著廣闊的市場(chǎng)前景。

五、目前超導(dǎo)材料研究面臨的問題

超導(dǎo)材料有著廣闊的應(yīng)用前景，但要用超導(dǎo)材料來改進(jìn)現(xiàn)有的科技工程又決非易事。科學(xué)家和工程師們所遇到的困難是如何使超導(dǎo)材料實(shí)用化，即提高臨界轉(zhuǎn)變溫度、臨界電流密度和改良其加工性能，制造出理想的超導(dǎo)材料。目前面臨的主要問題如下： 5.1提高臨界電流密度

目前，高溫超導(dǎo)材料的最突出的問題是在外加磁場(chǎng)下，臨界電流密度偏低。超導(dǎo)薄膜，一般是在弱磁場(chǎng)中工作，Jc值(～l06A／era)基本可滿足電子器件的要求。但體材和線(帶)材的Jc值還遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)用化所要求的水平，特別是在有外加磁場(chǎng)時(shí)，Jc急劇下降。科學(xué)家對(duì)影響Jc的原因和解決辦法進(jìn)行了大量研究。許多科學(xué)家都認(rèn)為，影響Jc的主要原因是：(1)晶界間的弱連結(jié)；(2)晶粒中的磁力線運(yùn)動(dòng).5.1.1弱連結(jié)

造成弱連結(jié)的原因及弱連結(jié)的性質(zhì)尚不十分清楚。一般認(rèn)為是由于生成的晶體結(jié)構(gòu)不佳、在晶界處存在位錯(cuò)、晶界處化學(xué)成份的改變及結(jié)晶的細(xì)微裂紋等原因使通道上的電流受阻。解決的方法是使結(jié)晶沿a—b導(dǎo)電層(CuO2層)的方向擇優(yōu)生長(zhǎng)，采用長(zhǎng)時(shí)問退火、熔融織構(gòu)法或定向凝固法等制備大平行板式結(jié)晶。這種排成直線的多晶消除了在電流方向上的弱連結(jié)，解決了各向異性的問題 5.1.2磁力線運(yùn)動(dòng)

增強(qiáng)磁通釘扎力可解決磁力線運(yùn)動(dòng)問題。一般來說，有效的磁通釘扎需要有足夠的釘扎中心,其尺寸要與超導(dǎo)相干長(zhǎng)度相匹配。增強(qiáng)磁通釘扎力的方法有中子輻照、相分解、引入彌散相、化學(xué)摻雜等,其作用都是引入釘扎中心。實(shí)驗(yàn)證明,中子或質(zhì)子輻照后，Jc可提高幾十倍到近百倍實(shí)際上,很難把弱連接和磁通蠕動(dòng)完壘割裂開來，對(duì)于超導(dǎo)實(shí)用化來說，都是迫切需要解決的問題。5.2 制備長(zhǎng)線材

在實(shí)際應(yīng)用中，超導(dǎo)線材占有很大比重，困此，制備性能滿足要求的高溫超導(dǎo)線(帶)材是重點(diǎn)研究課題之。

陶瓷超導(dǎo)物質(zhì)的脆性是其固有的特性,但也不是不可克服的。現(xiàn)在常用辦法是將高溫超導(dǎo)粉末裝入有廷性的金屬套管中,然后進(jìn)行多道次拉拔。一般可采用銅或銀包套,阻銀包套為最佳。因?yàn)楦邷爻瑢?dǎo)化合物對(duì)氧含最十分敏感，在氧氣氛下拉拔，氧氣要通過金屬包套滲透到高溫超導(dǎo)化合物內(nèi)部。銀的透氣性較好,又有好的延展性,所現(xiàn)在多使用銀套管(或稱銀鞘琺)為了增加韌性,也可以往超導(dǎo)粉末中摻人一定量的金屬粉末(如銀粉)。有許多方法可制各線材,如溶膠一凝膠法、紡絲法、芯線滌布法、真空鍍膜法、濺射法、化學(xué)氣相沉積法等等。所有方法制得的線l材長(zhǎng)度都達(dá)不到實(shí)用化的水平。

隨著長(zhǎng)度的增加,高溫超導(dǎo)的Jc降低。同時(shí)應(yīng)該看到,線材的長(zhǎng)度不是孤立的問題，它與高溫超導(dǎo)材料的合成、加工、連接等多種因素密切相關(guān)。5.3 經(jīng)濟(jì)效益

高溫超導(dǎo)材料研究剛剛起步，經(jīng)濟(jì)效益尚未提到議事日程，而對(duì)于實(shí)用化來說，經(jīng)濟(jì)效益是必須考慮的問題近兩年超導(dǎo)材料的制備成本已顯著下降，例如，釔系超導(dǎo)薄膜1989年的售價(jià)是1000~3000美元/片，現(xiàn)在降到350美元/片； 鉈系超導(dǎo)薄膜的價(jià)格從2950美元/cm 2下降到1000美元/cm2，隨之薄膜器件的價(jià)格也降低了。總的看來，高溫超導(dǎo)材料仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,生產(chǎn)技術(shù)很不成熟,目前技術(shù)改進(jìn)的著眼點(diǎn)是提高性能指標(biāo)，而對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的追求是更遠(yuǎn)一些的目標(biāo)。

六、參考文獻(xiàn)： 李華,胡國(guó)程,LI Hua,HU Guo-cheng.超導(dǎo)材料.湖南冶金,2000(5)2 馮瑞華,姜山.超導(dǎo)材料的發(fā)展與研究現(xiàn)狀.低溫與超導(dǎo),2007,35(6)3 談國(guó)強(qiáng).超導(dǎo)材料的發(fā)展?fàn)顩r.佛山陶瓷，2005,5 4 超導(dǎo)材料的應(yīng)用.內(nèi)蒙古電大學(xué)刊,2004,2 5 石勇.超導(dǎo)材料的制備與特性研究綜述.山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，19 6 楊公安,蒲永平，王瑾菲，莊永勇.超導(dǎo)材料研究進(jìn)展及其應(yīng)用.陶瓷，2009(7)7 嚴(yán)仲明,董亮，王豫.超導(dǎo)材料在電工領(lǐng)域的應(yīng)用.電工材料,2007 8 宗曦華,張喜澤.超導(dǎo)材料在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用.電線電纜,2006(5)9 袁冠森.高溫超導(dǎo)材料的實(shí)用化的新進(jìn)展.稀有金屬,1998,22(3)10 錢九紅，袁冠森.高溫超導(dǎo)材料制備工藝的進(jìn)展.稀有金屬,1998年 22(2)11 李想.我國(guó)超導(dǎo)材料發(fā)展快步走向?qū)嵱卯a(chǎn)業(yè)化.稀有金屬快報(bào),2006，25(5)12 錢廷欣,周雅偉，趙曉鵬.新型超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展.材料導(dǎo)報(bào),2006，20(2)13 李想.中國(guó)超導(dǎo)材料發(fā)展快步走向?qū)嵱没?稀土信息,2006(5)

第四篇：電力系統(tǒng)電力技術(shù)論文

1電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.1結(jié)合綠色能源

電力系統(tǒng)深受能源危機(jī)困擾，雖已開始研制新能源結(jié)構(gòu)，但應(yīng)用效果一直不好，新能源很難與傳統(tǒng)電力裝置、設(shè)備形成默契配合。由于電力技術(shù)的決策能力、更新速度很強(qiáng)、很快，所以要想將風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能等綠色能源引入電力系統(tǒng)，依靠電力技術(shù)是最為可靠、有效的方式。首先，根據(jù)電力技術(shù)測(cè)量、轉(zhuǎn)換、控制、管理能源的能力，改變電力系統(tǒng)原有能源輸出格局，盡可能切斷新能源輸出裝置與系統(tǒng)中其他運(yùn)行設(shè)備的牽絆和影響，僅以能源輸出為價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)、添置綠色能源裝置，以最大限度提高能源的利用率；其次，強(qiáng)化變流調(diào)速技術(shù)、集優(yōu)生產(chǎn)技術(shù)、能源轉(zhuǎn)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用地位，定期、定時(shí)核算綠色能源輸出、不可再生能源輸出過程中的“能量效益”，并對(duì)系統(tǒng)、裝置、技術(shù)進(jìn)行定向修改；最后，拓展電力技術(shù)的應(yīng)用范圍，圍繞計(jì)算機(jī)技術(shù)，監(jiān)控綠色能源在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行情況，以“消耗”“、效益”為兩大基本點(diǎn)，總結(jié)分析不符合電力技術(shù)應(yīng)用安全的相關(guān)問題，并及時(shí)改正。

1.2實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化

機(jī)電一體化是電氣工程、電力系統(tǒng)發(fā)展的必經(jīng)之路，也是帶動(dòng)高效生產(chǎn)的有效手段，為此，電力技術(shù)可以聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化處理技術(shù)、智能監(jiān)測(cè)等技術(shù)，共同推進(jìn)多門技術(shù)的融合發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)電力系統(tǒng)的正向發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)在投入使用之前，應(yīng)接受多次測(cè)量和考察，因?yàn)橐苊馍a(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、提高生產(chǎn)效率，所以必須經(jīng)過電力技術(shù)來處理相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，只有這樣，才能將系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)控制在可控范圍內(nèi)。然而，機(jī)電一體化對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行功能的要求和服務(wù)設(shè)定復(fù)雜，僅靠電力技術(shù)很難支撐起整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行重任，所以，一般情況下，電力系統(tǒng)會(huì)選擇“區(qū)域一體化”的生產(chǎn)、改造方式，選擇風(fēng)險(xiǎn)小、收益高、符合電力技術(shù)應(yīng)用條件的系統(tǒng)模塊，幫助小范圍系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)”，并計(jì)算應(yīng)用效果，確定技術(shù)無誤且高效之后，再擴(kuò)大一體化改造范圍。由此可見，電力技術(shù)雖然是電力系統(tǒng)一體化發(fā)展的有力手段，但其應(yīng)用效果依然具有不可控特質(zhì)，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)格外注意、小心。

1.3引入智能技術(shù)

智能手機(jī)、平板電腦已經(jīng)成為電子終端控制的主要裝置設(shè)備，它在人們?nèi)粘Ｉ钆c工作中的應(yīng)用地位非常高，因此，電力行業(yè)也應(yīng)適當(dāng)引入智能技術(shù)，并創(chuàng)設(shè)以智能控制系統(tǒng)為核心管理中樞的技術(shù)集團(tuán)，以便于工作人員正確、有效、科學(xué)的管控電力系統(tǒng)。經(jīng)過智能技術(shù)修飾，電力系統(tǒng)在故障排除、判斷、處置方面的優(yōu)勢(shì)能力更強(qiáng)了，并基本實(shí)現(xiàn)了“自動(dòng)化”。以往，一個(gè)小故障便會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)陷入癱瘓，現(xiàn)如今，運(yùn)行故障會(huì)翻譯成“特殊數(shù)據(jù)”，經(jīng)智能處理器處理，被挖掘、傳送，傳達(dá)給管理人員，主動(dòng)上報(bào)“故障”。這種高效的生產(chǎn)、管理方式，不僅節(jié)省了故障清查、判斷的時(shí)間，還為電力系統(tǒng)提供了堅(jiān)固的安全保障。從應(yīng)用效果上看，智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用是顯而易見的，但從發(fā)展空間上看，其應(yīng)用環(huán)境卻日常復(fù)雜，所以，需要廣大電力系統(tǒng)的工作人員謹(jǐn)慎考慮、認(rèn)真探究，以福利避害為原則，引入智能技術(shù)。

2電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的發(fā)展展望

目前，我國(guó)綜合國(guó)力日益提升，能源生產(chǎn)責(zé)任越來越重，為迎合不斷提高的生產(chǎn)要求、服務(wù)要求，電力系統(tǒng)仍需不斷革新、創(chuàng)造，最大限度的發(fā)揮其功能價(jià)值、生產(chǎn)價(jià)值。筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)自己對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行、發(fā)展的困難與問題了解，從內(nèi)、外兩方面探究電力技術(shù)的發(fā)展方向。接下來幾年，電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用地位會(huì)不降反升，因?yàn)殡S著工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)系統(tǒng)的落成，系統(tǒng)生產(chǎn)形式、能力、效率的準(zhǔn)確性要求很越來越高，所以，電力系統(tǒng)只有依靠電子技術(shù)方能將能源生產(chǎn)、輸出、管理限制在可控、可管的范圍內(nèi)。一方面，應(yīng)擴(kuò)大電力技術(shù)的包容性，將其與現(xiàn)代高科技技術(shù)再融合，研發(fā)技術(shù)的新功能、新工藝，為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供便利條件；另一方面，省察電力技術(shù)自身存在的安全風(fēng)險(xiǎn)、耗能等管理不當(dāng)問題，并設(shè)置研究專題，開展專項(xiàng)調(diào)查，以糾正、改善電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用效果不利的地方。通過內(nèi)、外兩方面發(fā)展手段，電力技術(shù)的發(fā)展道路會(huì)更加明朗，其會(huì)成為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的源動(dòng)力。

3結(jié)論

通過上文對(duì)電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)分析可知，中國(guó)正處于現(xiàn)代化建設(shè)、發(fā)展的關(guān)鍵期，無論是政治、文化，還是經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)，都期待著發(fā)展的契機(jī)與機(jī)遇。電力技術(shù)擁有改善我國(guó)能源格局、提高工業(yè)生產(chǎn)效率的能力，所以我國(guó)對(duì)其發(fā)展?fàn)顟B(tài)是否重視，并已經(jīng)確立了其“先進(jìn)應(yīng)用科學(xué)”的發(fā)展地位。我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展速度緩慢，裝置、設(shè)備更新?lián)Q代效率低，為迎接新的生產(chǎn)挑戰(zhàn)，我國(guó)必須大范圍的引入電力技術(shù)，使其在電力系統(tǒng)各生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)發(fā)揮實(shí)踐價(jià)值。

第五篇：超導(dǎo)材料在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景展望

超導(dǎo)材料在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景展望

摘要：

超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)物理學(xué)的一項(xiàng)偉大成果。文章主要闡述了超導(dǎo)現(xiàn)象，超導(dǎo)材料的研究和發(fā)展以及在電力系統(tǒng)方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和進(jìn)展，并做了前景展望。

關(guān)鍵詞：

超導(dǎo)材料；超導(dǎo)電纜；超導(dǎo)發(fā)電機(jī)；超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)。Abstract:

The discovery of superconductivity is a great achievement of 20th century in physics.The article mainly describes the phenomenon of superconductivity, the research and development of the superconducting materials as well as in Electric Power System strengths and progress, and outlook.Keywords: superconducting material;superconducting cable;superconducting generators;superconducting electrical motor.超導(dǎo)的誕生和發(fā)展

1911年，荷蘭科學(xué)家卡麥林·昂尼斯用液氦冷卻汞，當(dāng)溫度下降到4.2K（﹣268.95℃）時(shí)，汞的電阻變?yōu)榱?，這種現(xiàn)象被稱為超導(dǎo)現(xiàn)象，電阻為零時(shí)的溫度稱為臨界溫度。為了證實(shí)超導(dǎo)體的電阻為零，科學(xué)家將一個(gè)鉛制圓環(huán)放入溫度低于7.2K（﹣265.95℃）的空間，利用電磁感應(yīng)在鉛制圓環(huán)內(nèi)激發(fā)起感應(yīng)電流。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，環(huán)內(nèi)電流能持續(xù)下去，從1954年3月16日始，到1956年9月5日止，在兩年半的時(shí)間內(nèi)的電流一直沒有衰減，這說明圓環(huán)內(nèi)的電能沒有損失，這就是著名的昂尼斯持久電流實(shí)驗(yàn)。這一實(shí)驗(yàn)極大的激發(fā)了科學(xué)家們的研究熱情，國(guó)際上也對(duì)超導(dǎo)技術(shù)在電力方面的應(yīng)用給予了極大的關(guān)注，開展了一系列可行性論證和一定規(guī)模的研究，但由于技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的原因，這方面的應(yīng)用研究都沒能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。隨著不斷的實(shí)驗(yàn)，超導(dǎo)合金的出現(xiàn)使超導(dǎo)材料的臨界溫度也不斷提高。

1986年瑞士繆勒和柏諾茲發(fā)現(xiàn)了一種成分為鋇、鑭、銅、氧的陶瓷性金屬氧化物（La-Ba-Cu-O系氧化物）具有高于30K（﹣243.15℃）的約為35K的超導(dǎo)性。由于陶瓷性金屬氧化物通常是絕緣物質(zhì)，因此這個(gè)發(fā)現(xiàn)的意義非常重大，繆勒和柏諾茲因此而榮獲了1987諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。此后，新的研究成果如雨后春筍般大量出現(xiàn)，出現(xiàn)了研究和發(fā)現(xiàn)的高潮。到了1987年底，臨界溫度達(dá)到125K（﹣148.15℃），短短一年多的時(shí)間臨界溫度幾乎提高了100K。

從此超導(dǎo)材料的研究方向朝向高溫超導(dǎo)材料發(fā)展，當(dāng)然，高溫是相對(duì)于低溫而言，即使是高溫，依然遠(yuǎn)低于冰點(diǎn)。所以在實(shí)際應(yīng)用中超導(dǎo)材料需要制冷等操作，大大提高了成本，也使得超導(dǎo)材料不能大量應(yīng)用。

超導(dǎo)材料在電力系統(tǒng)的應(yīng)用

美國(guó)物理學(xué)家波恩特?特奧?馬梯阿斯指出：“電能的輸送是超導(dǎo)體最重要的應(yīng)用之一?！卑l(fā)電站輸出電能常用鋁線和銅線。由于電阻的存在一部分電力在輸出過程中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏?，存在著?yán)重的損耗。而利用超導(dǎo)材料輸電，由于導(dǎo)線電阻消失，線路損耗也就降為零，用超導(dǎo)材料可制高效率大容量的動(dòng)力電纜，并且可減少導(dǎo)體的需求量，節(jié)約大量有色金屬資源。

由于超導(dǎo)材料有零電阻的性質(zhì)，所以科學(xué)家想到把其應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，這樣可以大大減少電能的熱損耗，節(jié)約很大一部分電能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前的銅或鋁導(dǎo)線輸電，約有15%的電能損耗在輸電線路上，單單是在中國(guó)，每年的電力損失即達(dá)1000多億度。若改為超導(dǎo)電纜輸電，節(jié)省的電能相當(dāng)于新建數(shù)十個(gè)大型發(fā)電廠。

在電力領(lǐng)域，利用超導(dǎo)線圈磁體還可以將發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度提高到5萬～6萬高斯，并且?guī)缀鯖]有能量損失，這種發(fā)電機(jī)便是交流超導(dǎo)發(fā)電機(jī)。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的單機(jī)發(fā)電容量比常規(guī)發(fā)電機(jī)提高5～10倍，達(dá)1萬兆瓦，而體積卻減少1/2，整機(jī)重量減輕1/3，發(fā)電效率提高50%。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的另一個(gè)突出特點(diǎn)是有利于改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般來說，發(fā)電機(jī)的電抗越小，系統(tǒng)就越穩(wěn)定。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的電抗大約只有普通發(fā)電機(jī)的l／4左右，因此在系統(tǒng)電抗相對(duì)較小時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定極限增加了約4倍。

另外，在2012年4月12日，中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所研制的兆瓦級(jí)高溫超導(dǎo)電機(jī)實(shí)現(xiàn)滿負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)首臺(tái)兆瓦級(jí)高溫超導(dǎo)電機(jī)研制成功。該電機(jī)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，達(dá)到世界先進(jìn)水平，對(duì)我國(guó)超導(dǎo)電機(jī)的戰(zhàn)略發(fā)展具有里程碑意義。今后，該所將著力進(jìn)行大容量高溫超導(dǎo)電機(jī)的實(shí)用化研究，預(yù)計(jì)到2020年前進(jìn)入工程研制，逐步將高溫超導(dǎo)電機(jī)技術(shù)推廣運(yùn)用到電氣傳動(dòng)和發(fā)電領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域的新變革。

超導(dǎo)材料的前景展望

綜上所述，在電力系統(tǒng)中采用超導(dǎo)技術(shù)可增加電網(wǎng)的輸送容量、降低電能損耗、提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性、有利于保護(hù)環(huán)境．具有廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn)在超導(dǎo)電纜，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)和超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)的研制都取得了重大進(jìn)展，超導(dǎo)技術(shù)在電力系統(tǒng)中大規(guī)模應(yīng)用的想法正在不斷成為現(xiàn)實(shí)。我國(guó)的電力科技發(fā)展必須緊跟世界電力科技發(fā)展的步伐，要加強(qiáng)對(duì)超導(dǎo)電纜，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)和超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)等可改善電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)、有利于系統(tǒng)穩(wěn)定且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的超導(dǎo)電力設(shè)備的研制開發(fā)工作，爭(zhēng)取在超導(dǎo)材料的研究開發(fā)、超導(dǎo)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、降低成本、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面取得突破。

參考文獻(xiàn)：

1.林良真.肖立業(yè)；超導(dǎo)電力技術(shù)[期刊論文]-科技導(dǎo)報(bào) 2008(1)2.林良真；超導(dǎo)技術(shù)電力應(yīng)用研究的進(jìn)展與前景 1995(09)3.Buckles W;Hassenzahl W V； Superconducting magnetic energy storage[外文期刊] 2000(05)4.林良真；我國(guó)超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展 1994(03)5.紀(jì)尚昆；超導(dǎo)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[期刊論文]-廣西電業(yè) 2010(1)6.Han S Development on superconductivity in China[外文期刊] 1981(05)7.海偉.楊宏偉；超導(dǎo)技術(shù)及其工程應(yīng)用[期刊論文]-科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2008(20)8.曹重光．超導(dǎo)及其在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)片I．江丙電力職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，3 9.馮瑞華;姜山;超導(dǎo)材料的發(fā)展與研究現(xiàn)狀[期刊論文]-低溫與超導(dǎo) 2007(06)10.楊軍;超導(dǎo)電性的研究及成用[期刊論文]-現(xiàn)代物理知識(shí) 2004(05)