大大减少了停电施工的时间，从而节约了改造费
用。就目前来看，这是全世界第1座采用高温超导
体发电机的小水电站。E．ON公司是德国可再生能
源为主的最大发电厂商，拥有133座中小水电站，
总装机容量达132．5万kW， 年发电量76．6亿
kW·h，其中122座为径流式水电站。
目前E．ON公司正在对另1条名为莫塞尔河
(Mose1)上的l0座水电站进行类似的改、扩建工
程的研究，这10座电站装机容量共为l8万kW。
E．ON公司准备先选择其中1座电站进行研究，评
估采用超导体变速发电机的可能性；如可行，则可
能对其余9座电站进行类似的改扩建工作。这将为
崭新技术进入大规模商业实用阶段开创先例。
我国虽早已开展超导体发电机的研究工作，并
在一些工业领域已得到实际应用，但小水电行业还
从未涉及这一技术。从国内外研究、试用的情况
看，这一技术堪称颠覆性技术，发展前景十分广阔。
1．2 超导体发电机的技术简况【2-33
普通的铜导体具有电阻，通过电流时，产生热
量为， R，从而制约了铜导体通过电流的量。传统
的发电机，其定子和转子线圈都是铜导体，发电机
功率越大，其线圈尺寸也必须相应增大，因此整机
的体积和重量也相应增大，这些就成为制约单台发
电机功率增大的主要因素。 ．
超导体是电阻为零的一种特殊导体，其通过的
电流密度可比铜导体高100倍以上。用超导体制造
的发电机，在定子、转子气隙中产生的磁通密度可
以达到5特斯拉(Tesla，符号为T，1特斯拉=
10 000高斯)以上，而常规发电机最高为1．7特斯
拉。超导体由于是零电阻，几乎无损耗，不发热，
从而可使单机极限功率提高很多倍。
早在191 1年，世界上就发现了超导体的存在，
但直到1987年超导体的发现才获得诺贝尔奖。又
经过20 a，到2007年才开始进入实用阶段。国际上
最早研制的超导体发电机是采用NbTi(铌钛)合
金制造的低温超导体，用4．2 K (一269℃)的液
化氦来维持存在，这种冷却介质的临界温度为5 K
左右，运行条件所需要冷却设备的复杂性及高成
本，以及热绝缘系统的困难等，共同制约了早期超
· ·
导技术在旋转电机上的商业化实际推广，当时这种
超导也被称为低温超导。
70年代以来，一些国家开展了“高温超导”
的研究(HI'S：Hi【gh Temperature Superconductor)，即
设法使超导性能的临界温度高于5 K，以减少冷却
的难度。上述实例，即德国赫斯乍得水电站采用的
导体就是由30 K高压液化氦制成并维持存在的。目
前，美国、瑞士、中国等国家发表了液氮超导体在
实验室获得成功的消息，以液化氮代替液化氦，氮
的液化温度为77 K(一196 oC)，在空气中占80％，
制取代价低，容易贮存运输，使用方便，且不必回
收；而氦的液化温度为5 K～30 K，在空气中所占
比例很低，制取代价高，渗透性极强，不易贮存运
输，使用和回收极不方便。液氮超导体的出现，使
超导体发电机技术的推广应用前景更为看好。
从能够获得的不完整资料来看，上述世界第1
座采用高温超导体发电机的小水电站的技术简况
如下[ ]：
· 超导体的冷却介质为液态氮，临界温度为
30 K (一243 qC)。
· 超导体所有材料不曾披露。
· 发电机转子中的励磁绕组采用了超导体，
而定子绕组仍为传统的铜绕组(称之为“单导
体”)。
· 发电机为变速发电机，联人1台变频装置，
以稳定输出频率和电压(类似风力发电机设备)。
· 由于采用了变频发电机，电站原装设的定
桨式水轮机不必改造为转桨式卡普兰水轮机，就能
适应当电站水头流量变化时，出力随之变化，大大
简化了设备，降低了改造扩容的费用。
· 由于发电机可以变速运行，且可低速运行，
因此取消了原有的变速齿轮箱，发电机与水轮机直
接连接，又节省了相应的投资。
· 变速运行的水轮发电机的高效运行范围比
固定转速的机组要多，且运行范围可延长。
· 由于机组允许变速运行，取消了传统卡普
兰水轮机常用的双调节调速器，节约了相应的
投资。
· 以
