隨著對(duì)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(duì)供電質(zhì)量提出了更高要求。儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展逐步受到重視。

超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能系統(tǒng)（Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES）具有快速吸收、釋放和儲(chǔ)備電能的能力，并且儲(chǔ)能密度高，結(jié)構(gòu)緊湊。這為超導(dǎo)儲(chǔ)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(chǔ)能成為超導(dǎo)應(yīng)用研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)?，F(xiàn)在微型超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。今年， IGC公司的一臺(tái)IPQ-750 SMES系統(tǒng)安裝于美國(guó)Tyndall*基地，并成功并網(wǎng)運(yùn)行[2]。

超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體作為一種電磁儲(chǔ)能元件，在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)的磁場(chǎng)。一般超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體產(chǎn)生的中心場(chǎng)強(qiáng)為104高斯數(shù)量級(jí)，但10高斯數(shù)量級(jí)的磁場(chǎng)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(chǎng)就可能使一個(gè)配有心臟起博器的人面臨生命危險(xiǎn)[3]。因此，如果不采用相應(yīng)的措施對(duì)磁場(chǎng)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(chǎng)會(huì)對(duì)周圍環(huán)境帶來不利的影響。要擴(kuò)大超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合，減小超導(dǎo)磁體雜散磁場(chǎng)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(chǔ)能磁體及磁場(chǎng)特點(diǎn)

電流在閉合超導(dǎo)線圈中流過時(shí)，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(chǎng)，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(chǎng)的原因。

超導(dǎo)磁體在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生具有一定場(chǎng)型分布的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)存儲(chǔ)著一定的電磁能。在能量交換時(shí)，超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)利用的是這個(gè)磁場(chǎng)的相應(yīng)電磁儲(chǔ)能，而不是具體的磁場(chǎng)場(chǎng)形，磁場(chǎng)的分布狀態(tài)并不對(duì)能量交換起直接作用。因此早期超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體設(shè)計(jì)的一個(gè)基本目標(biāo)是用盡可能少的超導(dǎo)材料存儲(chǔ)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(chǎng)的場(chǎng)型。

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

高場(chǎng)強(qiáng)、能量轉(zhuǎn)換不受場(chǎng)型限制、結(jié)構(gòu)緊湊，這三個(gè)特性是考慮超導(dǎo)儲(chǔ)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(chǔ)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(chǎng)*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(chǔ)能系統(tǒng)的磁屏蔽主要是對(duì)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(chǎng)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(dòng)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(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)該是具有一定的可移動(dòng)性，并且有時(shí)SMES用戶很難單獨(dú)提供一個(gè)屏蔽房屋以容納超導(dǎo)磁體。從這個(gè)角度看，房屋屏蔽不太合適。

簡(jiǎn)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(chǎng)場(chǎng)形，將磁場(chǎng)盡量限制在磁體附近的區(qū)域，達(dá)到減小漏磁場(chǎng)的效果。由于超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(gè)超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置的體積和重量顯著增加，不利于超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用。例如，如果用鐵磁材料屏蔽一個(gè)3.43MJ的超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)，使5高斯等磁密線所包圍面積減小一個(gè)數(shù)量級(jí)，就要增加16噸鐵磁材料;而對(duì)20MJ的系統(tǒng)，則要增加100噸的鐵磁材料[6]?？梢妴渭兊蔫F磁屏蔽不適合超導(dǎo)磁體的磁屏蔽。