Сверхпроводники: революция вэнергетике

Сверхпроводники: революция вэнергетике
    «Высокотемпературный сверхпроводник с током не через чур устойчив, — говорит доктор физических наук Университета Old Dominion в штате Виргиния Александр Гуревич. — Он может спонтанно перейти в обычное состояние и, по закону Джоуля-Ленца, стать источником тепла. В случае если это произойдёт в окружении сжиженного горючего газа, может случиться важный взрыв. Ни одна энергетическая компания на подобный риск не отправится»

Материалы, сохраняющие сверхпроводимость при температурах выше точки кипения жидкого азота (такие как обрисованное в «ПМ» №4’2012 соединение иттрия, бария, кислорода и меди), являются поликристаллами и посему владеют зернистой структурой. Сверхпроводящий ток рассеивается на границах зерен (тем больше, чем больше этих зерен и чем выше их пространственная неоднородность).

Через таковой материал достаточно сложно пропустить сильный ток, потому, что ему будет характерно замкнуться в зерна, не выходя за его границу. По данной причине подобные сверхпроводники в чистом виде негодны для того чтобы для энергетических совокупностей. Имеется и другие сложности, обусловленные магнитными особенностями этих материалов, каковые сужают спектр их технического применения.

Слоеные кабели

Неприятность преодоления зернистости решается, но пока еще сложно и дорого. Обычный электрический кабель из простого (низкотемпературного) сверхпроводника на базе титана и ниобия — это пучок проводов приблизительно миллиметрового диаметра в бронзовой матрице, которая трудится как магнитный и тепловой стабилизатор. Высокотемпературный сверхпроводниковый кабель устроен значительно умнее. Это многослойная лента, выращенная на подложке из никелевого сплава посредством ионного напыления.

В серединной области ленты имеется пленка из сверхпроводника толщиной всего 1 — 3 микрона. Эта пленка окружена прослойками материалов, снижающих степень ее зернистости при служащих и напылении защитой от температурных колебаний. Толщина ленты в 50 — 100 раз превышает толщину сверхпроводящего слоя, так что она пропускает ток только в центральной узкой территории.

Ко всему другому, дабы расширить большую плотность тока, данный слой фаршируют наночастицами. Исходя из этого изготовить хотя бы километровый кусок для того чтобы кабеля — очень непростое и недешевое дело.

Электричество в трубопроводах

Другое дело, если бы удалось отыскать высокотемпературный аналог диборида магния, что недорог и легко поддается обработке. К тому же он изотропен, так что его электрические особенности не зависят от направления, как у купратов. Более того, он может пропускать электрический ток в очень сильных магнитных полях (впредь до 7 — 8 Тл).

Весьма соблазнительно высказать предположение, что материал с этими свойствами и критической температурой на пара градусов выше точки сжижения газа (113 К) произведет настоящую революцию в энергетике. на данный момент всю землю переходит на транспортировку природного сжиженного газа по магистральным трубопроводам. А вдруг в трубу с жидким газом поместить сверхпроводящий кабель, то по нему возможно передавать ток фактически без всяких затрат.

Как говорили раньше, дешево и со злобой.

Туманные возможности

Но возможно, нас ожидает технологическая революция, в случае если удастся создать сверхпроводник с комнатной либо практически комнатной критической температурой? Александр Гуревич не отрицает принципиальной возможности этого — по крайней мере, пока никто еще не доказал, что квантовая теория конденсированных сред запрещает существование таких материалов. Но с увеличением температуры возрастает роль тепловых флуктуаций — это направляться из неспециализированных правил неравновесной термодинамики.

Такие флуктуации особенно сильны в слоистых материалах, к числу которых относятся все узнаваемые сейчас высокотемпературные сверхпроводники. Исходя из этого «комнатный» сверхпроводник, вероятнее, сможет пропускать только достаточно не сильный токи, да к тому же его поведение будет зависеть от колебаний внешней температуры. А потому, что он наверняка окажется весьма дорогим в изготовлении, вряд ли им заинтересуется энергетика.

Но, как вычисляет доктор наук Гуревич, запрещено заблаговременно исключить, что какие-то яркие головы додумаются до создания объемно-однородных материалов с комнатной критической температурой. Но в скором времени такие возможности как-то не наблюдаются. Ничего не попишешь, нужно будет подождать.

Холодный километр

    Cверхпроводящий кабель Не обращая внимания на достаточно большую цену, сверхпроводящие кабели для энергетической инфраструктуры имеют собственную рыночную нишу: их применение разрешает сэкономить на преобразователях и трансформаторах. Но до тех пор пока это штучная продукция, а не массовое производство

Главное использование сверхпроводящих кабелей — соединять между собой объекты типа подстанций. Самый долгий кабель (1 км), рассчитанный на напряжение 10к В и мощность в 40 МВт, изготовлен компанией Nexans для энергетической инфраструктуры в германском Эссене. Конструкция кабеля включает не только сами сверхпроводники в виде многослойной ленты, но и особые (в большинстве случаев бронзовые) элементы для термостабилизации, и замечательную теплоизоляцию.

Конструкция предусматривает каналы (прямой и обратный) для прокачивания жидкого азота, что поддерживает рабочую температуру. Плотность тока в таком кабеле выше, чем в бронзовом, в 1000 раз, что в сочетании с отсутствием утрат разрешает снизить напряжение, уменьшив количество трансформаторов, преобразователей и ЛЭП. Помимо этого, благодаря коаксиальной конструкции такие кабели не генерируют внешних магнитных полей и не воздействуют друг на друга при близком размещении.

Статья «Холодная энергетика» размещена в издании «Популярная механика» (№115, май 2012).

Сверхпроводники: будущее энергетики, медицины, скоростного транспорта и военного дела


Темы которые будут Вам интересны:

Читайте также: