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華北電力大學(xué)
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靜態(tài)密封定子勵(lì)磁超導(dǎo)電機(jī)

2025-04-28 10:51:53
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所屬領(lǐng)域:
先進(jìn)制造與自動(dòng)化
項(xiàng)目成果/簡介:

超導(dǎo)電機(jī)具有功率/轉(zhuǎn)矩密度高、效率高等優(yōu)勢,在海上風(fēng)力發(fā)電、船舶推進(jìn)、大功率工業(yè)傳動(dòng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。現(xiàn)有超導(dǎo)電機(jī)存在動(dòng)態(tài)密封轉(zhuǎn)子勵(lì)磁和靜態(tài)密封定子勵(lì)磁兩種主要類型。在動(dòng)態(tài)密封超導(dǎo)電機(jī)領(lǐng)域,歐美國家研究較早,已掌握關(guān)鍵技術(shù),處于領(lǐng)跑位置。而近年來由本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出的原創(chuàng)性定子勵(lì)磁型靜態(tài)密封超導(dǎo)電機(jī)規(guī)避了動(dòng)態(tài)密封超導(dǎo)電機(jī)的諸多缺點(diǎn),綜合優(yōu)勢更為明顯,為開發(fā)下一代大功率直驅(qū)電機(jī)提供了新的技術(shù)途徑。

創(chuàng)新點(diǎn)

1、充分結(jié)合直流超導(dǎo)磁體與定子勵(lì)磁型無刷電機(jī)的優(yōu)勢,提出了靜態(tài)密封定子勵(lì)磁超導(dǎo)電機(jī),為大功率直驅(qū)電機(jī)提供了新的技術(shù)途徑。

2、提出了一種多平臺數(shù)據(jù)傳遞的超導(dǎo)電機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù),將人工智能技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)優(yōu)化以解決多約束條件下的多目標(biāo)優(yōu)化問題。

3、提出了空間分離、高低頻諧波分層抑制的復(fù)合式電磁屏蔽措施,解決了復(fù)雜交變外磁場會(huì)減弱超導(dǎo)繞組電磁性能的難題,保證了超導(dǎo)電機(jī)安全可靠運(yùn)行。

應(yīng)用范圍:

該項(xiàng)成果主要應(yīng)用于新能源發(fā)電、綠色交通電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電網(wǎng)、工業(yè)傳動(dòng)。

第一代:100kW 超導(dǎo)樣機(jī),風(fēng)光互補(bǔ)海岸微網(wǎng)系統(tǒng)(低速直驅(qū)),船舶游艇、觀光船等小型船舶電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(中速),石油、天然氣等資源開采的鉆井頂驅(qū)系統(tǒng)(低速直驅(qū));

第二代:1-3MW,陸上風(fēng)電(低速直驅(qū)),科考船、執(zhí)法船等中型船舶電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),高速高功率密度航空發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、電推進(jìn)系統(tǒng)(高速);

第三代,10MW 以上,大容量海上直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(低速直驅(qū)),LNG 大型運(yùn)輸船、艦船等大型船舶電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),航空發(fā)電機(jī)。

效益分析:

以海上風(fēng)電為例,2009 年國家能源局印發(fā)了《海上風(fēng)電場工程規(guī)劃工作大綱》,中國海風(fēng)時(shí)代正式拉開序幕,2014 年政策大力扶持,海風(fēng)補(bǔ)貼電價(jià)高達(dá) 0.85 元/kWh,2019年開始改為競價(jià)上網(wǎng),補(bǔ)貼電價(jià)下調(diào)至 0.75-0.8 元/kWh 之間,而 2022 年后新增并網(wǎng)海上風(fēng)電項(xiàng)目將不再享有國家補(bǔ)貼,全面進(jìn)入到平價(jià)時(shí)代。從 2011—2020 年過去十年中國海風(fēng)發(fā)展來看,行業(yè)復(fù)合增速達(dá)到了 44.7%,2021 年前三季度中國海上風(fēng)電新增裝機(jī)達(dá)到了歷史新高的 3.82GW,中國海風(fēng)行業(yè)保持了高速發(fā)展。從全球風(fēng)機(jī)競爭格局來看,前五位的維斯塔斯、金風(fēng)、GE、遠(yuǎn)景、西門子歌美颯市占率分別為 15%、13%、11%、10%和 8%,CR5 為 57%,出現(xiàn)這種情況的主要原因是國內(nèi)外資品牌市占率逐步下降,份額讓給中國廠商,而中國風(fēng)機(jī)廠商又很難出海,份額又難以在全球范圍內(nèi)進(jìn)一步提升。從行業(yè)集中度來看,兩次搶裝年(2015 年和 2020 年)都會(huì)導(dǎo)致行業(yè)集中度有所下降,但國內(nèi)風(fēng)機(jī)行業(yè)集中度仍較高,國內(nèi) CR3 接近 50%,CR5 達(dá)到了 67%。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的主要業(yè)務(wù)為靜態(tài)密封定子超導(dǎo)電機(jī),而國內(nèi)外關(guān)于超導(dǎo)電機(jī)的研究基本均處于實(shí)驗(yàn)室研究和工程樣機(jī),因此目前尚不存在超導(dǎo)電機(jī)的行業(yè)競爭對比數(shù)據(jù)。但可以預(yù)料的是,隨著項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)的靜態(tài)密封定子超導(dǎo)電機(jī)推廣應(yīng)用,勢必會(huì)搶先占據(jù)市場。

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