高温超导风力发电 GE春风得意

添加时间：2013-07-31 11:08:09 来源：爱中国能源网

        这段时间，GE在风电领域显得很是活跃。

　　为了把成本降低40%，该公司宣布开始研制织物型叶片，这是一项能够对风电技术发展起到革命性推动作用的技术方向。6月，GE又与国电龙源电气签署了框架协议，进一步加深双方的合作关系，为国电龙源电气提供1.5MW及2MW变频器的核心。

　　而坐落于英国、投资高达5千万英镑的大型风电机组测试设备也将很快向整机商开放。这个设备有能力处理全部机舱的性能、耐力和压缩生命周期测试，由一台15MW永磁发电机驱动。

　　最近，一项影响范围更广的技术被GE攻破，这个冠名为“Hydrogenie”的紧凑型高温超导发电技术顺利通过了测试试验，使整个能源、动力领域都可以开始倒数其产业化一天的到来。“高温超导发电”这一名词听上去有点科幻，其“高”在哪里，“超”在哪里，并不是字面意思那么简单。例如，这里所谓的“高温”，并不是指我们平常生活中普遍意义上的高温，而是指“并不算太低的低温”。众所周知，科学家发现超导现象的缘由，是将汞冷却到零下268.98℃时，汞的电阻可以突然消失。但利用汞的超导能力并不现实。在此后的研究中，人们了解到许多金属及合金都具有在低温下失去电阻的特性。利用这些超导体，可以达到两个目的——体积小，效率高。

　　目前最新的超导体是通过在相对便宜的基体金属上放置陶瓷超导层制成的。当其冷却到极低的温度时，不会产生电阻，因此其绕组导线的横截面可以非常小，达到传统铜绕组横截面的2%。

　　按照一般理论，发电机的电磁铁线圈的绕组匝数越多，能够形成的发电功率越大。目前看来，正是受制于重量和体积，10兆瓦级风电机组应该算是风电机组设计方面的一个坎。如果能够利用超导体，十兆瓦级的风电机组将不再成为技术瓶颈。而在相同的重量和体积下，发电机效率将有不少提高。 
      　但由于超导一般发生在极低温度条件下，各国科学家不断试验，希望找到提升超导现象环境温度的办法，用最低的成本、最可靠的方式利用该现象，从而产生了相对高温的高温超导体。这类高温超导体与普通超导体相比，采用的绝缘结构可以简单一些，同时为冷却付出的功率也更小一些。

　　GE研制“Hydrogenie”紧凑型高温超导发电技术的思路与此相仿。这个技术使超导体能够在43开尔文或零下230℃的环境中工作。为创造这样的工作环境，需要攻克低温冷却和热绝缘两个技术难题。利用特殊的方法，极冷的氦气通过一个旋转的联接器送到机器的转子内，然后在单个线圈周围循环。然而，虽然转子位于真空中，但仍会通过转子的轴与外部环境接触、摩擦，造成了转子轴周围的大温差，从而需要不断地为其提供冷却能力，利用低电阻热接头和组件保证冷却线圈需要最小的冷却功率，从而使转矩从冷态的高温超导线圈传送给机器的转子。

　　“这就相当于要把冰块保存到高温烤箱内的烤肉架上，只是我们的烤肉架采用了高技术。”Hydrogenie项目经理MartinIngles说，“该技术确实是突破性的，它能够从根本上提高设备利用水和风力发电的效率，而且还适合将来的应用。”实际上，Hydrogenie基本上已经涵盖了使用高温超导技术进行商业化发电所需的全部技术，使发电机能够在较小的空间内，以214rpm旋转，达到甚至超过额定的满载1.7兆瓦功率。

　　据悉，作为2006年至2010年欧盟第六框架计划扶持项目的一部分，Hydrogenie实验于2012年下半年完成，这项技术和测试是由一个名曰GEPowerConversion的部门在英格兰拉格比的GEPowerConversion工厂完成的。据了解，这个业务范围涉及能源、船舶等领域的部门，主要工作是设计和定制化生产技术领先的电动机、变频器、自动化与过程控制系统，而其追求的正是更清洁、更高效的工业趋势。有消息称，除了高温超导发电机外，GEPowerConversion还在高温超导传输可再生能源电力方面颇有建树，并已完成了相关测试。

　　因为在有限的空间可以提供较大的功率，Hydrogenie技术很适合于应用在高转矩、低转速的领域。其中在船舶行业，不仅只需占用很小的空间，将宝贵的船舱空间留给乘客，而且通过结合DC或可变AC系统的高温超导技术，可以节约4%的燃料。也可以用于升级老的水力发电站，通过将高温超导发电机与水轮机连轴变速运行，在带部分负载的条件下，提高12%的效率。 
      但由于超导一般发生在极低温度条件下，各国科学家不断试验，希望找到提升超导现象环境温度的办法，用最低的成本、最可靠的方式利用该现象，从而产生了相对高温的高温超导体。这类高温超导体与普通超导体相比，采用的绝缘结构可以简单一些，同时为冷却付出的功率也更小一些。

　　GE研制“Hydrogenie”紧凑型高温超导发电技术的思路与此相仿。这个技术使超导体能够在43开尔文或零下230℃的环境中工作。为创造这样的工作环境，需要攻克低温冷却和热绝缘两个技术难题。利用特殊的方法，极冷的氦气通过一个旋转的联接器送到机器的转子内，然后在单个线圈周围循环。然而，虽然转子位于真空中，但仍会通过转子的轴与外部环境接触、摩擦，造成了转子轴周围的大温差，从而需要不断地为其提供冷却能力，利用低电阻热接头和组件保证冷却线圈需要最小的冷却功率，从而使转矩从冷态的高温超导线圈传送给机器的转子。

　　“这就相当于要把冰块保存到高温烤箱内的烤肉架上，只是我们的烤肉架采用了高技术。”Hydrogenie项目经理MartinIngles说，“该技术确实是突破性的，它能够从根本上提高设备利用水和风力发电的效率，而且还适合将来的应用。”实际上，Hydrogenie基本上已经涵盖了使用高温超导技术进行商业化发电所需的全部技术，使发电机能够在较小的空间内，以214rpm旋转，达到甚至超过额定的满载1.7兆瓦功率。

　　据悉，作为2006年至2010年欧盟第六框架计划扶持项目的一部分，Hydrogenie实验于2012年下半年完成，这项技术和测试是由一个名曰GEPowerConversion的部门在英格兰拉格比的GEPowerConversion工厂完成的。据了解，这个业务范围涉及能源、船舶等领域的部门，主要工作是设计和定制化生产技术领先的电动机、变频器、自动化与过程控制系统，而其追求的正是更清洁、更高效的工业趋势。有消息称，除了高温超导发电机外，GEPowerConversion还在高温超导传输可再生能源电力方面颇有建树，并已完成了相关测试。

　　因为在有限的空间可以提供较大的功率，Hydrogenie技术很适合于应用在高转矩、低转速的领域。其中在船舶行业，不仅只需占用很小的空间，将宝贵的船舱空间留给乘客，而且通过结合DC或可变AC系统的高温超导技术，可以节约4%的燃料。也可以用于升级老的水力发电站，通过将高温超导发电机与水轮机连轴变速运行，在带部分负载的条件下，提高12%的效率。