中国储能网讯：2017年4月24-26日，第七届中国国际储能大会在苏州香格里拉大酒店圆满召开，来自中、美、英、德、澳、日、韩等国家的1400余位嘉宾到场参会。大会共邀请140余位行业专家与企业代表，围绕产业热点话题，发表了一系列精彩演讲，中国储能网将向读者传递本次大会最具价值的声音。

大会期间，中国科学院电工研究所研究员张国民，在“先进储能技术专场”，以《高温超导储能技术研究进展》为题发表演讲，现将演讲主要内容发布，以飨读者。

中国科学院电工研究所研究员张国民

张国民：各位专家、各位同仁下午好。我主要是做一些超导储能的工作，所以说我这个介绍主要是介绍一下超导在电力系统方面的一些工作。首先是讲一下电网对于储能技术的需求，电网对于储能技术的需求跟可再生能源的发展是不可分割的，世界各国都在开展新能源的建设。美国能源部规划就是2030年风能提供20%的能源，欧洲也有20:20:20计划。我们国家也发布了可再生能源的规划，这个十三五的规划是说到2020年风电的规模是2.1亿千瓦，太阳能发电是1.1亿千瓦，所以说这个可再生能源将在电力系统中成为一个重要的能量。但是可再生能源的发展，风能、太阳能的主要特点就是波动性和随机性很强，这样接入电网来说难度就比较大，对电网的稳定性有很大的影响。所以说大规模的风电的并网将对电力系统的运行影响比较大，怎么可以解决可再生能源比例高的情况下保证电网的稳定运行呢？这是个很大的挑战，所以说储能就是一个很好的支撑技术。通常发电的话，发出的电跟用的电要平衡，如果没有储能的话发出的跟用的就失去平衡了。但是有了储能以后我们就不需要实时平衡，我们储能可以把发电用电从时间空间上分隔开来，这样发电之后我就存起来，需要的时候再拿出来，所以说储能是解决并网的一项非常重要的技术。

大家都搞储能的，储能的种类就很多了，电池储能、还有今天我们讲的飞轮储能、超导储能。超导储能是一个功率型的能量，它的响应时间就是毫秒级，它是能够快速响应的一种能源。超导储能的功率密度比较大，另外它可以反复多次充电。超导储能实际上这里边有两种，一种就是说可以用超导做成飞轮储能！另外超导还可以做磁储能。超导飞轮储能实际上是利用了超导的特性，就是超导的磁悬浮的原理。对于超导体来讲它有一个重要的特性就是完全抗磁性。就是说对于正常的物体来讲磁场是可以穿透物体的，但是对于超导体来讲，这个电流在磁场里面产生力，这个力就可以把悬浮悬浮起来，这种悬浮是一种稳定的悬浮。利用这种悬浮就可以做成轴承，基于超导悬浮原理做的轴承具有自稳定性，不需要控制的情况下它就自觉的悬在中间了。对超导来说，超导轴承是不需要控制的。这样的话我们就可以利用超导轴承做成飞轮，飞轮在超导悬浮下高速旋转，没有摩擦的旋转，这样就实现高速旋转。超导的飞轮储能除了具有常规的飞轮储能的特点之外，它的重要特点就是自稳定性，就是不需要外部控制，因此它的效率还可以再高一些。

这个超导飞轮储能的结构跟常规的基本上差不多，一般都是在真空里面一个飞轮一个电机，因为轴承是悬浮轴承，所以这个就是用超导的悬浮轴承，另外就是各种控制系统，还有一个冷却系统，就是说常规的飞轮储能冷却系统不需要那么低的温度，我们这个是低温冷却，它是一个低温的设备。目前超导飞轮储能的研发情况来看，目前国际上就这么几家，美国、德国、日本、韩国等等这几家做的是比较好的。这是美国波音公司的一个飞轮储能系统的案例，这是2009年他们研发的一个飞轮储能系统。这是德国ATZ的，他们也是2007年就开发出来这种飞轮储能系统。日本的国际超导技术中心的这个我就不说了，这个是韩国电科院的，这是2010年的。2012年韩国又做了一个稍微大一点的35千瓦时的，虽然说35千瓦时还不算太大。日本有一个计划，这个计划是比较大的，是1兆瓦的一个飞轮储能系统，它的特点就是全超导的。通常我们说是超导飞轮储能都是转子用磁定子月超导，他们这个转子和定子都是用超导的。这个计划最后没有完全实现，不过有部分实现了，也就是说它2015年有一个报道，就是说世界最大的超导飞轮储能系统。你看它计划的是1兆瓦，实际上最后结果是一个300千瓦，基本上是做了一个三分之一的，实现了三分之一的计划。这是对那几家公司飞轮储能系统的一个总结，我就不仔细说了。

我们电工所也在一个国防项目的支持下也做了一个飞轮储能研究，早期我们大概是在1999年到2000年的时候做超导轴承，现在我们实际上这次应该说是2012年开始来做这件事情，所以说又重新搭建了实验系统，做了实验和理论分析。就是在此基础上涉及了一个小的飞轮储能系统，虽然说是个小的，但是各个方面都是要做的，麻雀虽小五脏俱全。最后是做出来这样一个很小的东西，功率大概是2千瓦的，储能是3KJ，转速是10000转，工作温度是83度。我们目前继续向下做，因为对于目前这个飞轮储能来讲大家用的最多的还是迅速补偿的一个装置，如果长期储能的话还是有一个问题，效率还不是那么理想，所以还是很难长期储存能量。为了能够进一步储存能量，通常的这个飞轮储能是内制的，电机是在里面的，电机在里面是发热的。储能期间电机也是空转的，损耗也是有的。我们次驱动技术+开断技术+超导飞轮储能技术提高效率实现长期无损耗储能。另外一个就是超导的磁储能，这个就非常简单了，就是超导的线圈，我们做成线圈以后就可以给线圈充电，需要的时候再把这个线圈能量返回来。它的优势就是说它的转换非常快，反应时间比较快。主要优势就是说它可以长期无损耗的循环储能，储能时间比较长，这是它的主要优势。这是关于超导磁储能系统的国内外研究情况，这是一些案例，我就简单的过一下。

我们2005年做了一个小的储能系统，在此基础上我们又进一步做了一个1MJ的储能系统，这个我们用在了白银的超导变电站。另外华中科大也做了小的储能系统，超导这个储能实际上是没有问题的，但是这个系统本身还可以用于限流，这就是超导储能限流系统，这个思路也是我们最早提出来的，所以说我们2005年也做出一个小的样机，后来我们就把这个系统的思路进一步放大，又申请了一个863的项目，就是说面向新能源发电的超导储能—限流系统的研制和并网运行，这个项目刚刚结题。因为新能源发电存在这个断续性，存在低电压穿越的问题，怎么去解决这个问题呢？我们就想到这个超导储能还可以限流，就把这个结合起来，就是把我们以前做的一个东西放大了一下。这个是我们当初的一个指标，就是说储能能量是1MJ的。基本原理就是把这个储能和限流结合起来做一个储能限流装置，当然在做这个限流储能之前我们先是做一些仿真的工作，可以看到这个系统具有功率平滑的作用，之后我们验证仿真的结果对不对，验证完成之后把这个模块设计出来，大概就是这样一个结构。设计完了以后就把这个系统按照设计做出来，就是这样一个东西，这是我们跟西电合作的。做完了之后首先对这个限流进行测试，限流测试的结果是电流限制率可以达到90%。储能是用超导磁体储能，所以要设计一个磁体电站，设计完了就把它做出来，就是右边这个图。做出来之后我们就把这一套装置用在玉门的一个风电场，这个风电场大概有91台风级，总装机能量大概是100兆瓦。最后出来的结果是这样的，下边这个图的蓝线就是风级发出来的功率，为了补偿这个有功我就用这个超导磁体来出力，下面是超导磁体出来的补偿有功，平滑以后这个有功得到了明显的平滑，当然这个平滑效果还不是很好，它是一个功率型的，不是一个能量型的。我们这个刚刚结题，然后科技部网站就发了一个报道。

其实单纯的超导储能的优势并不是特别明显，因为超导离不开低温，低温是很麻烦的，所以最好把这个低温的缺点克服掉。复合超导储能将来会是一条比较好的路线，混合储能是超导储能的一个发展方向。最后我谈一点看法，目前这个超导的磁储能和飞轮储能，就是磁驱动的飞轮储能有望实现较长时间的储能，可以长期储能。随着材料与低温技术的发展，超导储能技术大规模应用也可以实现，国内现在超导储能还比较少，超导的飞轮储能也就我们一家做了。另外超导储能要向多功能化发展，最后就是说超导的复合储能应该是具有良好的应用前景的。谢谢大家。

（本文根据现场录音整理，未经本人审核）