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GE成功试验下一代发电高温超导技术，获得重大突破

http://cn.newmaker.com 4/8/2013 5:05:00 PM 佳工机电网

• 在英格兰拉格比测试的“Hydrogenie™”紧凑发电技术已在50 Kelvin投入运行
• 与传统机器相比，GE的超导技术研究提高了效率，减小了尺寸、质量和重量
• 对利用替代能源进行的能量生成有重大影响

法国巴黎 – 2013年4月8日 – GE Power Conversion业务部门（NYSE：GE）在测试可行发电方法上迈出了重要一步，即：利用在比较高的温度下运行的超导体，来输送可再生资源生成的大量电能。

公司成功完成了Hydrogenie试验，利用突破性的技术，使发电机能够在一个较小的空间内高效发电。Hydrogenie利用超导体替代电机的铜转子导条，能够在43开尔文或零下230℃下工作。该技术已于去年下半年进行了测试，以214 rpm旋转时达到甚至超过额定满载1.7MW，完全能够满足预期和设计要求。这些测试是在位于英格兰拉格比的GE Power Conversion工厂进行的。

直至最近，超导性只能达到约4K（-269℃）。但是，新型的“高温超导体（HTS）”能够在更高温度下工作。与以前的设备（如医用MRI磁体）相比，此类机器采用更简单的绝缘结构，利用更小的功率进行冷却。

“该技术确实是突破性的”，GE Power Conversion的Hydrogenie项目经理Martin Ingles谈到。“它能够从根本上提高设备利用水和风发电的效率，而且还适合将来的应用。”

最新的超导体是通过在相对便宜的基体金属上放置一层陶瓷超导层制成的，当冷却到极低温度时，它们不会产生实效电流电阻，因此绕组导线的横截面可以约为传统铜线绕组横截面的2%。

如果使用超导体，电磁铁线圈的绕组匝数越多，形成的电磁功率越大，然而体积或重量却更小。与传统电导材料相比，超导体具有效率高的优点，而且能够极大地降低重量。最大的优势在于缩减了电气设备的体积和质量，适合用于大扭矩设备，它们大多是直驱设备应用于风力发电机、船舶推进或河床式水电站等。

GE攻克了使超导体达到要求温度所必需的低温冷却和热绝缘技术难题。极冷氦气通过一个旋转联接器由管道输送到机器转子内，然后在单个线圈周围循环。“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。”Ingles说。

转子位于真空中，但仍会通过转子轴与外部环境直接接触，这就造成了转子轴周围的大温差问题。

利用专利方法，机器能够把转矩从冷态HTS线圈传送给机器转子。低电阻热接头和组件保证冷却线圈需要最小的冷却功率。事实上，该机器展示了使HTS机器商业化所需的全部技术。作为2006至2010欧盟第六框架计划（EU Framework Programme 6）扶持项目的一部分，GE Power Conversion业务部门在Hydrogenie 1.7MW 214 rpm HTS发电机的开发上做了许多努力。

Hydrogenie项目的成功完成，将为超导设备的后续研究和开发搭建一个平台。今后可能获益的一个领域就是升级老的水利电站。将超导发电机与水轮机联轴变速运行，在带部分负载的条件下，效率提高达12%。

作为项目一部分开发的技术构建模块还可用于其它采用高转矩、低转速机器的领域，其中最直接的应用就是风力发电和船舶推进。

采用超导风力发电机，能够极大地降低塔架的安装质量，相应降低了塔架及其基础的成本。GE Power Conversion最近的研究表明，与传统机器相比，超导风力发电机的节能寿命成本约为10MW以上海上或沙漠风力发电机的20%。

在船舶上，结合DC或可变AC系统的HTS技术可节约多达4%的燃料；同时，该技术还可以缩小电机的尺寸，这也是吸引造船工程师的地方，可以为有效载荷或乘客预留更多空间。

欧盟第六框架计划扶持项目的主旨“开发与现场测试紧凑型HTS水力发电机，以期缩减投资成本，减少环境影响，提高性能，进而降低每千瓦小时电能的价格”，该项目的其他合作伙伴：Zenergy Power、KEMA Nederland、Stirling Cryogenics & Refrigeration、Silesian University of Technology、Cobham CTS、E.On Wasserkraft。

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