https://www.high-endrolex.com/35

–еволюционные cверхпроводники

–еволюционные cверхпроводники

—егодн€ большое внимание удел€етс€ исследованию и разработке конструкций, использующих сверхпроводниковые материалы, которые дают возможность по-новому подойти к вопросам создани€ электротехнических устройств. ”величение плотности тока, повышение удельной мощности, а также наличие особых, присущих только сверхпроводникам, физических свойств создают предпосылки дл€ разработки высокоэффективных видов электроэнергетического оборудовани€.

ќдной из основных технологий, позвол€ющих удовлетворить возрастающие потребности электроэнергетики, €вл€етс€ использование €влени€ сверхпроводимости, то есть состо€ни€ некоторых материалов, обладающих нулевым сопротивлением при их охлаждении ниже критических температур “к. –азличаютс€ как низкотемпературные сверхпроводники (Ќ“—ѕ) с максимальной “к около 20   (-257 ∞—), эксплуатируемые при температурах жидкого гели€ (-268,95 ∞C), так и высокотемпературные (¬“—ѕ) с “к до 138   (-135 ∞—), эксплуатируемые вблизи температуры жидкого азота 77,4   (-195,75 ∞C).

ѕоложение со сверхпроводниковой технологией радикальным образом изменилось после открыти€ в конце 80-х годов ¬“—ѕ-материалов с более высокими возможными рабочими температурами, вплоть до температуры кипени€ жидкого азота. Ёто позволило, нар€ду с упрощением криогенной техники, создать предпосылки дл€ преодолени€ коммерческого барьера по отношению к традиционным технологи€м при использовании технологий на основе ¬“—ѕ-материалов в электроэнергетике и других област€х промышленности.

ѕрименение —ѕ-оборудовани€ и технологий в электроэнергетике обеспечивает многие преимущества:

  • сокращение потерь электроэнергии примерно в два раза;
  • снижение массогабаритных показателей оборудовани€ в два-четыре раза;
  • повышение надежности и продление срока эксплуатации электрооборудовани€ за счет снижени€ старени€ изол€ции;
  • повышение надежности и устойчивости работы энергосистем;
  • повышение качества электроэнергии, поставл€емой потребител€м;
  • повышение уровн€ пожарной и экологической безопасности электроэнергетики;
  • создание принципиально новых систем энергетики.

ќсобый эффект в электроэнергетике —ѕ-технологии могут дать при их применении в системах электроснабжени€ мегаполисов и крупных городов.


ѕрежде всего, создание сверхпроводникового кабел€ на большие токи позволит эффективно решить проблему глубоких вводов мощности в крупные города, а также выдачу мощности от крупных электростанций, расположенных в трудных географических услови€х. ј в мегаполисах, с целью снижени€ потерь распределение электроэнергии внутри города происходит на напр€жении 110 к¬ с последующим понижением до 10 к¬ и 0,4 к¬. ћинимальные потери в ¬“—ѕ- кабел€х при их повышенной токонесущей способности могут позволить исключить промежуточную ступень трансформации на напр€жение 110 к¬ и перевести распределение электроэнергии в городе сразу на напр€жение 10Ц20 к¬ при значительном снижении стоимости подстанций.

¬ насто€щее врем€ в мире эксплуатируетс€ около 10 коротких ¬“—ѕ Ц кабельных линий и ведутс€ работы более чем по 10 крупным проектам в этой области.  рупнейший проект в —Ўј: 650 м, 138 к¬, 2,4 кј, 574 ћ¬ј. —ейчас идет установка и подготовка к эксплуатации. јмериканцами разработан проект создани€ не отдельной кабельной линии, а целой сети в одном из центральных районов Ќью-…орка.

¬“—ѕ Ц ограничитель токов короткого замыкани€ (¬“—ѕ “ќ) представл€ет собой токоограничивающее устройство, включаемое в защищаемую часть сети. ќсновное преимущество ¬“—ѕ “ќ заключаетс€ в его возможности иметь существенное низкое сопротивление по сравнению с эксплуатируемыми токоограничительными реакторами в нормальном режиме и практически безынерционно увеличивать его до требуемой величины при коротком замыкании. Ёто позвол€ет использовать ¬“—ѕ “ќ в сет€х с целью снижени€ ударных значений токов короткого замыкани€ ( «), координации токов  « с отключающей способностью коммутационной аппаратуры. ”никальные свойства сверхпровод€щих материалов позвол€ют создать ограничители токов  «, не имеющие аналогов среди традиционных электротехнических устройств. “окоограничители позвол€ют также продлить срок службы коммутационной аппаратуры.

¬ насто€щее врем€ реализовано несколько опытно-промышленных проектов ¬“—ѕ “ќ на напр€жени€ до 20 к¬ и на мощности пор€дка 10Ц15 ћ¬ј. Ќачаты разработки ¬“—ѕ “ќ на напр€жение 110Ц138 к¬ (—Ўј, ≈вросоюз).

ќжидаетс€, что при создании коммерчески выгодных ¬“—ѕ “ќ (2010Ц2012 гг.) рынок их применени€ будет достаточно емким.

¬“—ѕ-трансформаторы могут быть совместимы с существующим оборудованием электрических сетей и их защитными устройствами. Ќагрузочные потери в ¬“—ѕ-трансформаторах при нормальном токе могут быть уменьшены на 80Ц90% по сравнению с традиционными. «амена масла жидким азотом и уменьшенные размеры позвол€т повысить экологическую и пожарную безопасность и устанавливать такие трансформаторы в помещени€х. ”меньшение массы облегчает услови€ транспортировани€, особенно дл€ больших трансформаторов, включа€ охлаждающее устройство, а также снизит материалоемкость.

¬“—ѕ-трансформаторы обладают также р€дом других привлекательных свойств, например пониженным значением реактанса трансформатора (25% от традиционных). Ёто положительно вли€ет на услови€ устойчивости электроэнергетических систем и увеличивает возможности по регулированию реактивной мощности. ¬“—ѕ-трансформаторы обладают также токоограничивающей способностью. —озданы опытные образцы ¬“—ѕ-трансформаторов напр€жением 20 к¬ мощностью до 10 ћ¬ј. ќжидаемое коммерческое использование ¬“—ѕ трансформаторов Ц 2010-2012 гг.

¬“—ѕ-генераторы и синхронные компенсаторы обладают, по сравнению с традиционными, повышенным значением  ѕƒ, пониженными в 2Ц3 раза массогабаритными показател€ми, возможностью создани€ высоковольтных машин (без трансформаторов на напр€жение 110Ц220 к¬ и выше), возможностью создани€ машин большой мощности (свыше 1000 ћ¬т).

—верхпровод€щие генераторы и компенсаторы имеют уменьшенные массогабаритные характеристики, высокую синусоидальность выходного напр€жени€, уменьшенные величины реактивностей и расширенные пределы регулировани€ реактивной мощности в области потреблени€, возможность создани€ машин с повышенным уровнем переменного напр€жени€.

¬ насто€щее врем€ созданы опытные образцы ¬“—ѕ-генераторов мощностью 50 ћ¬ј (—Ўј), ¬“—ѕ Ц синхронный компенсатор мощностью 8 ћ¬ј (—Ўј). ќжидаетс€, что с 2015 года ¬“—ѕ-генераторы и синхронные компенсаторы станут коммерческим продуктом. ¬ подобном положении по проработанности технологии и началу коммерческого завоевани€ рынка наход€тс€ ¬“—ѕ-электродвигатели различного назначени€.

¬ажнейшим направлением технологического развити€ систем энергоснабжени€ мегаполисов €вл€етс€ создание высокоамперных линий. ќбъективно существуют две основные возможности повышени€ мощности передающих линий Ц повышение напр€жени€ и повышение номинального рабочего тока.

“радиционный базовый уровень номинального напр€жени€ распределительных сетей Ц 10 к¬ представл€етс€ недостаточным и требует постепенного перехода на напр€жение 20-35 к¬, что уже неоднократно отмечалось в литературе и во многих случа€х реализовано на практике.

ѕовышение номинального рабочего тока за счет оптимизации выбираемых материалов, контактных соединений, самой конструкции высоковольтных устройств дл€ электрических сетей в принципе давно уже реализовано в таком Ђгигаполисеї, как япони€. ¬ этой стране номинальные рабочие токи, как правило, составл€ют 6-8 кј. “ака€ техническа€ политика, несомненно, представл€ет интерес и дл€ других стран, где число мегаполисов растет.

ѕоскольку плотность электропотреблени€ в мегаполисах в последние годы резко возрастает, наиболее эффективным и кардинальным решением по увеличению рабочих токов передающих линий €вл€етс€ применение сверхпровод€щих кабелей, где рабочий ток при тех же радиальных габаритах токоведущей жилы может быть увеличен почти на пор€док.

ѕо€вление же в 2002Ц2003 гг. высокотемпературных сверхпроводников 2-го поколени€ резко активизировало работы по практическому применению этих технологий. –еальным преп€тствием дл€ широкого практического применени€ сверхпровод€щих кабелей, ограничителей тока, трансформаторов сегодн€ €вл€етс€ лишь технологическа€ отработка производства лент сверхпроводников, их соединений, обеспечение стабильности их свойств, а также пока высока€ стоимость сверхпроводниковых материалов.

ѕроведенный анализ эффективности ¬“—ѕ-кабелей показывает, что с учетом затрат на прокладку, эти кабели будут дешевле традиционных, медных уже к 2010 году при мощности более 70Ц100 ћ¬т.

¬ 2004Ц2007 гг. были реализованы и продолжают выполн€тьс€ несколько коммерческих проектов сверхпровод€щих кабелей: SUMITOMO ELECTRIC завершила длительные испытани€ трехжильного сверхпровод€щего кабел€ на напр€жение 66 к¬, номинальный ток 1 кј длиной 100 м, а также заключила контракт с ёжной  ореей (KEPRI) на разработку, изготовление и поставку сверхпровод€щего кабел€ 22,9 к¬, 1,25 кј длиной 100 м. ¬ —Ўј реализуетс€ проект DOE/NYSERDA по установке в промышленную эксплуатацию кабел€ 34,5 к¬, ток 800 ј длиной 350 м в районе √удзона и т. д. Ёксперты оценивают начало массового применени€ сверхпровод€щих кабелей в 2010-2015 гг.

Ќесомненный интерес представл€ет использование ¬“—ѕ-технологий и в генераторах, поскольку значительно снижаютс€ размеры этого оборудовани€, как и потери в них. «десь, однако, предстоит решить р€д проблем, св€занных с их регулированием при работе в современных энергосистемах.

—оздание высокоамперных линий электропередачи св€зано с освоением производства кабелей, ограничителей тока, трансформаторов, использующих €вление высокотемпературной сверхпроводимости. ¬ насто€щее врем€ в мире реализован р€д пилотных проектов ¬“—ѕ-кабелей, причем начало массового применени€ ¬“—ѕ-кабелей ожидаетс€ в 2010-2020 гг.

  • ƒата публикации: 09.12.2010
  • 1309
ќќќ Ђƒ≈Ћќ¬џ≈ —»—“≈ћџ —¬я«»ї
ќтраслевой информационно-аналитический портал, посв€щЄнный энергетике Ѕеларуси. јктуальные новости и событи€. ѕодробна€ информаци€ о компани€х, товары и услуги.
220013
–еспублика Ѕеларусь
ћинск
ул. ул. Ѕ. ’мельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

191611654
5
5
1
150
150