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摘要：我国发电机行业起步较晚，自其发展以来就一直与国外先进水平存在较大差距。近年来，随着高新技术的发展，我国发电机行业在历经60多年的发展历程后又一次进入了行业技术革新的新时代，在此时机放眼世界，在充分了解国外发电机发展现状的基础上为我国发电机行业找寻出一条精准的发展道路，努力缩小与国外先进水平之间的差距具有非常重要的现实意义。本文就以超导发电机为例，通过对现有高温超导发电机的类型进行阐述，在研究国内外高温超导发电机的研究进展及关键技术的基础上，分析现有的国内外的差距，并对其未来发展提出展望，以期能为我国高温超导发电机的发展起到贡献作用。
关键词：高温超导发电机；新发展；差距；展望
超导发电的理论最早被提出于1911年，但鉴于当时科研条件的有限，且超导材料的提取在很大程度上受限所致，一直未得到广泛推广，直至1987年科学家发现了高温超导（HTS），目前存在的高温超导材料主要有YBCO、BSCCO、TBCCO、HBCCO等四类，其临界转变温度分别为95K、110K、125K和135K。高温超导现阶段已经在电力、通信及医疗等多领域被推广使用。
一、高温超导发电机类型
超导材料因其没有电阻的特殊性能，当其被用于通电时不存在热损耗，同时在电流密度很高时也可以正常工作，而且一般情况下超导材料的磁场产生也不需要借助其他外物，如铁芯等，因此当超导材料被用于制作发电机时，将具备高能高效并结构简单等多种优势，且较之于传统的常规发电机，运用超导技术而成的发电机在重量上还可减少80%~90%。
现阶段被广泛应用的超导发电机主要有两种类型：一种是半超导发电机，一种是全超导发电机。两种在构造上的差别主要在于定子上是否也使用超导材料，并且全超导发电机现在还只是设想试验阶段，有很多实际应用中的问题都还未得到解决，因此仍存在于实验室阶段，所以当下绝大多数都是半超导发电机。半超导发电机在定子上使用的还是传统的材料，而且在其转子与定子之间还需要设计热屏蔽结构以在发电机工作时对定子和转子起到隔离作用，同时在工作时转子还要不断被冷却。
二、高温超导发电机的发展
超导技术因在其技术上的绝对优越性，当其被应用于军事上时，其重要性不言而喻。因此，世界各国都尤为重视对超导技术的探索发展，相继投入了大量的人力物力及财力。
2.1国外发展现状
目前国际上高温超导发电机技术较为先进的国家主要有美国、德国和日本。美国自1987年就开始对高温超导发电机的探索，并于2000年7月成功研制出一台可达到1000hp、3600r/min的高温超导发电机。目前为止，此项设计仍是高温超导发电机发展历史上的里程碑作品。此后的2004年以及2009年，美国又相继完成了高温超导发电机的满负荷试验及海军验收试验，成功将高温超导技术应用于工程阶段。德国的高温超导发电机首次被研究成功与2001年，其后在2006年又取得了突破性的研究进展。日本则于2013年成功宣布将高温超导技术应用在了船舶的电力推进中。而随着世界范围内电力需求的不断增大，风力发电因其高效环保的特性已经被广泛应用于电力行业中，而如何将超导技术应用于风力发电中已经成为当下世界各国正在研究的重要课题，如美国、韩国和德国。并且美国科孚德公司已于2007年宣布制造和销售新型风力超导发电机，目前其所设计开发的8MW、12rpm的直驱式高温超导风力发电机已经初步完成了线圈的制造和测试。韩国自制定出DAPAS计划后，分别于2003年及2007年分别研制出75kW、1800r/min和1000kW、3600r/min的高温超导发电机，目前其主要致力于研制的电机规模主要是制5MW、210r/min。德国则在01年、06年及11年之间分别研制出400kVA、1800r/min、4MW、3600r/min以及4MW、120r/min等不同规格的高温超导发电机。
2.2国内发展现状
我国高温超导发电机技术起步于2004年，虽然我国的712所早在上世纪60年代就已开始致力于对高温超导技术的研究，但始终未取得突破性行进展，只是在90年代成功研制出一台低温超导电机。进入21世纪以来，我国开始大力推进高温超导技术在发电机行业的应用，并于2007年成功制造出一台高温超导样机，此样机的功率达100KW，并在实验室内试运行成功，此项电机的成功研制完美填补了我国超导技术在电力行业里的应用空白，为我国开展高温超导研究创新了历史篇章。在随后的几年中，我国相关科研机构持续致力于高温超导技术方面的创新开发及应用，712所于2012年再次取得高温超导样机研发上的技术突破，样机功率已可达1000KW，并解决了其中或存在的部分工程问题。此项技术的突破性进展已经成功将我国推进拥有先进高温超导电机研发能力的国家之列，并为我国之后研制大容量高温超导发电机的技术上提供了有力支撑。至此，我国高温超导发电机的研发已经具有国际化水平。
2.3国内外发展对比
现阶段各已具备的先进高温超导发电机研发能力的国家在研发技术上的对比如下表1。目前我国虽然已经在高温超导发电机的研发上取得了极大进展，但因我国研发技术起步较晚，并且在某些研究领域上的深度及广度都还没有达到相应层次，如在材料的使用及方法和工艺的运用上都与国外先进发展国家存在着不小的差距。
三、高温超导发电机的应用前景
随着科技的不断进步，世界各国将在高温超导发电机技术能力方面实现更多突破。首先高温超导发电技术应用于风力发电中，不仅减小发电机的体积，还能使其单机容量得到显著提升，目前此项技术最为先进的国家是美国，其代表性公司为AMSC。我国在此方面的研究现在仍处于前期调研及技术论证阶段，其发展进程仍较为缓慢。其次，将高温超导发电机应用于船舶动力中，现在正在成为世界各国争相研制的重点课题，我国也在此项研究中不断投入大量科研资源，以期能在此项研究上占据技术制高点；再有，就是将高温超导同步运用于我国的电网系统中，以实现对特高压直流输电的无功补偿，进而实现资源的优化配置；最后就是讲高温超导电机技术应用于航天科技中以实现对火箭等需要超大推进动力的电磁发射技术的革新，同时在电磁炮高能武器等新型国防科技上也具有广阔的应用前景。
四、结束语
高温超导发电机的研制与开发是一项集合多领域高新技术的系统工程，在其研究过程中要不断实现从设计原理到技术应用，进而再到实际使用中的逐层突破，只有通过前期工作中的持续攻坚克难及技术上的不断创造革新才能最终实现对其的工程化生产。而为达到这一目标，早日将我国的高温超导技术推进至国际领先水平并为国家安全和未来能源发展战略提供技术保障，我国还应继续加大投入。
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