隨著對電力故障非常敏感的計(jì)算機(jī)和半導(dǎo)體器件的廣泛應(yīng)用，越來越多電力用戶對供電質(zhì)量提出了更高要求。儲能技術(shù)能夠有效地改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高供電質(zhì)量，因此儲能技術(shù)的發(fā)展逐步受到重視。

超導(dǎo)磁體儲能系統(tǒng)（Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES）具有快速吸收、釋放和儲備電能的能力，并且儲能密度高，結(jié)構(gòu)緊湊。這為超導(dǎo)儲能系統(tǒng)參與電力系統(tǒng)、改善供電質(zhì)量提供了有利條件[1]。近些年來超導(dǎo)儲能成為超導(dǎo)應(yīng)用研究領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)?，F(xiàn)在微型超導(dǎo)儲能系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。今年， IGC公司的一臺IPQ-750 SMES系統(tǒng)安裝于美國Tyndall*基地，并成功并網(wǎng)運(yùn)行[2]。

超導(dǎo)儲能磁體作為一種電磁儲能元件，在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)的磁場。一般超導(dǎo)儲能磁體產(chǎn)生的中心場強(qiáng)為104高斯數(shù)量級，但10高斯數(shù)量級的磁場就可以導(dǎo)致一些電子設(shè)備不能正常工作，5高斯的磁場就可能使一個配有心臟起博器的人面臨生命危險[3]。因此，如果不采用相應(yīng)的措施對磁場加以限制和屏蔽，雜散分布于超導(dǎo)磁體系統(tǒng)之外的漏磁場會對周圍環(huán)境帶來不利的影響。要擴(kuò)大超導(dǎo)磁體儲能系統(tǒng)的應(yīng)用場合，減小超導(dǎo)磁體雜散磁場帶來的應(yīng)用限制，就必須考慮超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的磁屏蔽問題。

2.超導(dǎo)儲能磁體及磁場特點(diǎn)

電流在閉合超導(dǎo)線圈中流過時，沒有常規(guī)線圈中出現(xiàn)的焦耳熱損耗，發(fā)熱較少。因此，與常規(guī)線圈相比，超導(dǎo)線圈的運(yùn)行電流可以達(dá)到很高的水平。較高的運(yùn)行電流就意味著可以產(chǎn)生較高的磁場，這也是大多數(shù)超導(dǎo)磁體不需要鐵磁材料構(gòu)成磁通回路，也能產(chǎn)生強(qiáng)磁場的原因。

超導(dǎo)磁體在運(yùn)行時會產(chǎn)生具有一定場型分布的磁場，該磁場存儲著一定的電磁能。在能量交換時，超導(dǎo)儲能系統(tǒng)利用的是這個磁場的相應(yīng)電磁儲能，而不是具體的磁場場形，磁場的分布狀態(tài)并不對能量交換起直接作用。因此早期超導(dǎo)儲能磁體設(shè)計(jì)的一個基本目標(biāo)是用盡可能少的超導(dǎo)材料存儲盡可能大的電磁能量。并且在設(shè)計(jì)過程中不需要直接考慮磁場的場型。

由于超導(dǎo)儲能系統(tǒng)儲能密度高，整個儲能裝置可以做得相當(dāng)緊湊。體積小、儲能高是超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的一個優(yōu)勢。由于體積小、重量輕，超導(dǎo)磁體儲能系統(tǒng)還具有一定的可移動性。這在某些特殊場合顯得尤為重要。

高場強(qiáng)、能量轉(zhuǎn)換不受場型限制、結(jié)構(gòu)緊湊，這三個特性是考慮超導(dǎo)儲能系統(tǒng)磁屏蔽問題的基本出發(fā)點(diǎn)。

3.屏蔽方法的選取

目前，超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體主要采用兩種結(jié)構(gòu)形式：螺管線圈和環(huán)形線圈。環(huán)形線圈由于自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在理想狀態(tài)下，線圈產(chǎn)生的磁場*封閉于線圈內(nèi)部，沒有漏磁，實(shí)際建造的環(huán)形磁體的漏磁也很小[4]。因而超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的磁屏蔽主要是對螺管形式的超導(dǎo)磁體。

螺管型超導(dǎo)磁體已廣泛應(yīng)用于MRI系統(tǒng)中，根據(jù)MRI系統(tǒng)的磁場屏蔽經(jīng)驗(yàn)，超導(dǎo)磁體有三種可能的屏蔽方式：房屋屏蔽、鐵磁屏蔽和主動屏蔽[5]。

房屋屏蔽要求將超導(dǎo)磁體安裝于位置固定的于磁屏蔽的房間內(nèi)。理想的超導(dǎo)儲能系統(tǒng)應(yīng)該是具有一定的可移動性，并且有時SMES用戶很難單獨(dú)提供一個屏蔽房屋以容納超導(dǎo)磁體。從這個角度看，房屋屏蔽不太合適。

簡單地說鐵磁屏蔽就是利用鐵磁材料為磁通提供回路，從而改變其磁場場形，將磁場盡量限制在磁體附近的區(qū)域，達(dá)到減小漏磁場的效果。由于超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場較強(qiáng)，用普通鐵磁材料進(jìn)行屏蔽很容易使材料進(jìn)入飽和狀態(tài)，導(dǎo)致屏蔽效率低，鐵磁材料用量大。這就使整個超導(dǎo)儲能裝置的體積和重量顯著增加，不利于超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的應(yīng)用。例如，如果用鐵磁材料屏蔽一個3.43MJ的超導(dǎo)儲能系統(tǒng)，使5高斯等磁密線所包圍面積減小一個數(shù)量級，就要增加16噸鐵磁材料;而對20MJ的系統(tǒng)，則要增加100噸的鐵磁材料[6]。可見單純的鐵磁屏蔽不適合超導(dǎo)磁體的磁屏蔽。