Ang hinaharap ng enerhiya - superconducting power generator, mga transformer at mga linya ng kuryente

Ang isa sa mga pangunahing direksyon ng pag-unlad ng agham ay binabalangkas ang teoretikal at pang-eksperimentong pag-aaral sa larangan ng superconducting materyales, at isa sa mga pangunahing direksyon ng pag-unlad ng teknolohiya ay ang pagbuo ng superconducting turbogenerator.

Ang superconducting elektrikal na kagamitan ay kapansin-pansing madaragdagan ang mga de-koryenteng at magnetic na naglo-load sa mga elemento ng mga aparato at sa gayon ay kapansin-pansing bawasan ang kanilang sukat. Sa isang superconducting wire, isang kasalukuyang density ng 10 ... 50 beses ang kasalukuyang density sa maginoo na kagamitan sa koryente ay pinapayagan. Maaaring dalhin ang mga magnetikong patlang sa mga halaga ng pagkakasunud-sunod ng 10 T, kung ihahambing sa 0.8 ... 1 T sa maginoo na makina. Ibinigay na ang mga sukat ng mga de-koryenteng aparato ay pabalik-balik na proporsyonal sa produkto ng pinapayagan na kasalukuyang density at magnetic induction, malinaw na ang paggamit ng mga superconductor ay mabawasan ang laki at bigat ng mga de-koryenteng kagamitan nang maraming beses!

Ayon sa isa sa mga taga-disenyo ng sistema ng paglamig ng mga bagong uri ng cryogen turbogenerator ng Soviet scientist na I.F. Filippov, may dahilan upang isaalang-alang ang gawain ng paglikha ng mga ekonomikong cryoturbogenerator na nalutas ng mga superconductor. Ang paunang mga kalkulasyon at pag-aaral ay nagbibigay-daan sa amin na pag-asa na hindi lamang ang laki at timbang, kundi pati na rin ang kahusayan ng mga bagong makina ay mas mataas kaysa sa mga pinaka advanced na tagabuo ng isang tradisyonal na disenyo.

Ang opinyon na ito ay ibinahagi ng mga pinuno ng trabaho sa paglikha ng isang bagong superconducting turbogenerator ng KTG-1000 serye, Akademikong I.A. Glebov, Doktor ng Teknikal na Agham V.G. Novitsky at V.N. Shakhtarin. Ang generator ng KTG-1000 ay nasubok sa tag-araw ng 1975, na sinundan ng KT-2-2 modelo cryogen turbogenerator, nilikha ng samahan ng Electrosila sa pakikipagtulungan sa mga siyentipiko ng Physics and Technology Institute of Low Temperatura, Academy of Sciences ng Ukrainian SSR. Ang mga resulta ng pagsubok ay pinapayagan ang pagtatayo ng isang superconducting unit na may higit na higit na lakas.

Narito ang ilang data ng isang 1200 kW superconducting turbogenerator na binuo sa VNIIelektromash. Ang superconducting field winding ay gawa sa 0.7 mm diameter wire na may 37 superconducting niobium-titanium conductors sa isang tanso matrix. Ang mga puwersang sentripugal at electrodynamic sa paikot-ikot ay napansin ng isang hindi kinakalawang na bakal na bendahe. Sa pagitan ng panlabas na makapal na dingding na hindi kinakalawang na asero na shell at ang bendahe ay may isang tanso na electrothermal screen, pinalamig ng daloy ng malamig na gaseous helium na dumadaan sa channel (pagkatapos ito ay bumalik sa fluidizer).

Ang mga bearings ay nagpapatakbo sa temperatura ng silid. Ang paikot-ikot na stator ay gawa sa mga conductor ng tanso (palamigan - tubig) at napapalibutan ng isang ferromagnetic na kalasag na gawa sa mga bakal na bakal. Ang rotor ay umiikot sa isang puwang ng vacuum sa loob ng shell ng insulating material. Ang vacuum sa shell ay ginagarantiyahan ng mga gasket.

Ang pang-eksperimentong generator ng KTG-1000 ay isang beses na pinakamalaking pinakamalaking cryoturbogenerator sa buong mundo. Ang layunin ng paglikha nito ay upang subukan ang disenyo ng mga malalaking umiikot na cryostat, mga aparato ng suplay ng helium sa superconducting rotor winding, pag-aralan ang thermal circuit, ang operasyon ng superconducting rotor na paikot-ikot, at paglamig nito.

At ang mga prospect ay simpleng nakalulungkot. Ang isang makina na may kapasidad na 1300 MW ay magkakaroon ng haba na halos 10 m na may isang masa na 280 tonelada, habang ang isang katulad na laki ng makina ng isang maginoo na disenyo ay magkakaroon ng haba ng 20 m na may isang haba ng 700 tonelada! Sa wakas, mahirap lumikha ng isang ordinaryong makina na may kapasidad na higit sa 2000 MW, at sa mga superconductor maaari mong aktwal na makamit ang isang yunit ng kapangyarihan na 20,000 MW!

Kaya, ang pakinabang sa mga account ng account para sa mga tatlong quarter ng gastos. Ang mga proseso ng paggawa ay pinadali. Ito ay madali at mas mura para sa anumang planta ng gusali ng makina na gumawa ng maraming malalaking mga makina na de-koryenteng kaysa sa isang malaking bilang ng mga maliliit: mas kaunting mga manggagawa ang kinakailangan, ang parke ng makina at iba pang kagamitan ay hindi gaanong nabigyang diin.

Upang mai-install ang isang malakas na turbogenerator, kinakailangan ang isang medyo maliit na lugar ng planta ng kuryente. Nangangahulugan ito na ang gastos ng pagtatayo ng isang silid ng makina ay nabawasan, ang istasyon ay maaaring mailagay nang mas mabilis. At sa wakas, mas malaki ang electric machine, mas mataas ang kahusayan nito.

Gayunpaman, ang lahat ng mga pakinabang na ito ay hindi ibukod ang mga kahirapan sa teknikal na lumitaw kapag lumilikha ng malalaking yunit ng enerhiya. At, pinaka-mahalaga, ang kanilang kapangyarihan ay maaaring dagdagan lamang sa ilang mga limitasyon. Ipinapakita ng mga pagkalkula na hindi posible na tumawid sa itaas na limitasyon na limitado sa pamamagitan ng kapangyarihan ng isang 2500 MW turbogenerator, ang rotor na kung saan ay umiikot sa bilis ng 3000 rpm, dahil ang limitasyong ito ay tinutukoy, una sa lahat, sa pamamagitan ng mga katangian ng lakas: ang mga stress sa mekanikal na istruktura ng isang makina na mas mataas na pagtaas ng kuryente na ang mga puwersang sentripugal ay hindi maiiwasang magdulot ng pagkabigo ng rotor.

Maraming mga alalahanin ang lumitaw sa panahon ng transportasyon. Upang maihatid ang parehong turbo-generator na may kapasidad na 1200 MW, kinakailangan upang bumuo ng isang articulated conveyor na may dalang kapasidad na 500 tonelada, isang haba ng halos 64 m. Ang bawat isa sa dalawang mga bogies nito ay nakasalalay sa 16 na goma ng kotse.

Maraming mga hadlang ang kanilang mga sarili ay nalalayo kung gagamitin mo ang epekto ng superconductivity at ilapat ang mga superconducting na materyales. Pagkatapos ang mga pagkalugi sa paikot-ikot na rotor ay maaaring praktikal na mabawasan sa zero, dahil ang direktang kasalukuyang ay hindi matugunan ang paglaban dito. At kung gayon, tataas ang kahusayan ng makina. Ang isang malaking kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng superconducting patlang na paikot-ikot ay lumilikha ng tulad ng isang malakas na magnetic field na hindi na kinakailangan na gumamit ng isang bakal na magnetic circuit, tradisyonal para sa anumang electric machine. Ang pag-aalis ng bakal ay magbabawas sa masa ng rotor at pagkayayak.

Ang paglikha ng cryogenic electric machine ay hindi isang malabo, ngunit isang pangangailangan, isang natural na bunga ng pag-unlad ng pang-agham at teknolohikal. At mayroong bawat dahilan upang magtaltalan na sa pagtatapos ng siglo, ang superconducting turbogenerator na may kapasidad na higit sa 1000 MW ay gagana sa mga sistemang pang-kapangyarihan.

Ang unang electric machine sa Unyong Sobyet na may mga superconductors ay idinisenyo sa Institute of Electromechanics sa Leningrad pabalik noong 1962 ... 1963. Ito ay isang direktang kasalukuyang makina na may isang maginoo ("mainit-init") armature at isang superconducting patungo sa patlang. Ang kapangyarihan nito ay iilan lamang ang watts.

Mula noon, ang mga kawani ng institute (ngayon VNIIelektromash) ay nagtatrabaho sa paglikha ng superconducting turbogenerator para sa sektor ng enerhiya. Sa mga nakaraang taon, posible na bumuo ng mga istruktura ng pilot na may kapasidad na 0.018 at 1 MW, at pagkatapos ay 20 MW ...

Ano ang mga tampok ng brainchild ng VNIIelektromash na ito?

Ang superconducting field coil ay nasa isang helium bath. Ang likidong helium ay pumapasok sa umiikot na rotor sa pamamagitan ng isang pipe na matatagpuan sa gitna ng guwang na baras. Ang mga pagsingaw na gas ay nakadirekta pabalik sa yunit ng kondensasyon sa pamamagitan ng agwat sa pagitan ng pipe na ito at ang panloob na dingding ng baras.

Sa disenyo ng pipeline para sa helium, tulad ng sa rotor mismo, mayroong mga vacuum na lukab na lumilikha ng mahusay na thermal pagkakabukod. Ang metalikang kuwintas mula sa punong tagubilin ay ibinibigay sa patlang na paikot-ikot sa pamamagitan ng "mga thermal tulay" - isang istraktura na sapat na sapat na mekanikal ngunit hindi mailipat nang maayos ang init.

Bilang isang resulta, ang disenyo ng rotor ay isang umiikot na cryostat na may superconducting field coil.

Ang stator ng superconducting turbogenerator, tulad ng sa tradisyunal na embodiment, ay may tatlong yugto na paikot-ikot na kung saan ang isang puwersa ng elektromotiko ay nasasabik sa rotor magnetic field.Ipinakita ng mga pag-aaral na hindi praktikal na gumamit ng isang superconducting na paikot-ikot sa isang stator, dahil ang malaking pagkalugi ay nangyayari sa alternating kasalukuyang sa mga superconductors. Ngunit ang disenyo ng isang stator na may "normal" na paikot-ikot ay may sariling mga katangian.

Ang paikot-ikot ay naging posible sa prinsipyo na mailagay sa agwat ng hangin sa pagitan ng stator at ng rotor at naka-mount sa isang bagong paraan, gamit ang mga epoxy resins at fiberglass na mga elemento ng istruktura. Ang ganitong circuit ay posible upang maglagay ng higit pang mga conductor ng tanso sa stator.

Ang sistemang paglamig ng stator ay orihinal din: ang init ay tinanggal ng freon, na sabay na gumaganap ng pag-andar ng isang insulator. Sa hinaharap, ang init na ito ay maaaring magamit para sa mga praktikal na layunin gamit ang isang heat pump.

Ang isang tanso na wire ng hugis-parihaba na seksyon na 2.5 x 3.5 mm ay ginamit sa isang turbogenerator motor na may kapasidad na 20 MW. Ang 3600 veins na gawa sa niobium-titanium ay pinindot dito. Ang nasabing isang wire ay may kakayahang magpadala ng kasalukuyang hanggang 2200 A.

Ang mga pagsubok ng bagong generator ay nakumpirma ang kinakalkula na data. Ito ay naging dalawang beses nang magaan bilang tradisyonal na mga makina ng parehong lakas, at ang kahusayan nito ay mas mataas ng 1%. Ngayon ang generator na ito ay gumagana sa Lenenergo system bilang isang magkasabay na kabayaran at bumubuo kapangyarihang reaktibo.

Ngunit ang pangunahing resulta ng trabaho ay ang malaking karanasan na nakuha sa proseso ng paglikha ng isang turbogenerator. Umaasa dito, ang Leningrad Electric Machine-Building Association Elektrosila ay nagsimulang lumikha ng isang turbogenerator na may kapasidad na 300 MW, na mai-install sa isa sa mga power plant sa ilalim ng konstruksyon sa ating bansa.

Ang superconducting rotor field winding ay gawa sa niobium-titanium wire. Ang aparato nito ay hindi pangkaraniwan - ang nipis na niobium-titanium conductors ay pinindot sa isang tanso matrix. Ginagawa ito upang maiwasan ang paglipat ng paikot-ikot na mula sa superconducting state hanggang sa normal bilang isang resulta ng impluwensya ng pagbabagu-bago sa magnetic flux o iba pang mga kadahilanan. Kung nangyari ito, ang kasalukuyang dumadaloy sa tanso matrix, ang init ay mawawala, at ang estado ng superconducting ay ibabalik.

Ang teknolohiya ng pagmamanupaktura ng rotor mismo ay nangangailangan ng pagpapakilala ng panimula ng mga bagong solusyon sa teknikal. Kung ang rotor ng isang maginoo na makina ay gawa sa isang solidong pagpapatawad ng magnetically conductive steel, kung gayon sa kasong ito dapat itong binubuo ng ilang mga cylinders na ipinasok ang isa sa iba pa, na gawa sa non-magnetic steel. Sa pagitan ng mga pader ng ilang mga silindro ay likido helium, sa pagitan ng mga pader ng iba ng isang vacuum ay nilikha. Ang mga pader ng silindro, siyempre, ay dapat magkaroon ng mataas na lakas ng makina, maging masikip ng vacuum.

Ang masa ng bagong turbogenerator, pati na rin ang masa ng hinalinhan nito, ay halos 2 beses na mas mababa kaysa sa masa ng karaniwang parehong lakas, at ang kahusayan ay nadagdagan ng isa pang 0.5 ... 0.7%. Ang turbogenerator ay "nabubuhay" sa loob ng halos 30 taon at karamihan sa oras ay gumagana, kaya malinaw na ang tulad ng isang maliit na pagtaas ng kahusayan ay magiging isang malaking pakinabang.

Ang mga inhinyero ng lakas ay hindi lamang dapat taglamig tagagawa. Maraming mga dose-dosenang mga superconducting na mga transformer ay nakagawa at nasubok (ang una sa kanila ay itinayo ng isang Amerikanong McPhee noong 1961; ang transpormer ay nagtrabaho sa isang antas ng 15 kW). Mayroong mga proyekto ng superconducting transpormer para sa kapangyarihan hanggang sa 1 milyong kW. Sa sapat na malalakas na kapangyarihan, ang mga superconducting na mga transformer ay magiging 40 ... 50% na mas magaan kaysa sa karaniwan na may tinatayang pareho ng pagkalugi ng kapangyarihan bilang maginoo na mga transpormer (sa mga kalkulasyong ito, ang kapangyarihan ng likido ay isinasaalang-alang din).

Gayunpaman, ang mga pagbabagong-anyo ng mga transformer, ay may mga makabuluhang disbentaha. Ang mga ito ay nauugnay sa pangangailangan na protektahan ang transpormer mula sa pagtagumpayan nito mula sa superconducting state sa panahon ng labis na karga, mga maikling circuit, sobrang init, kapag ang magnetic field, kasalukuyang o temperatura ay maaaring maabot ang mga kritikal na halaga.

Kung hindi bumagsak ang transpormer, aabutin ng maraming oras upang palamig ito muli at ibalik ang superconductivity. Sa ilang mga kaso, ang isang pagkagambala sa suplay ng kuryente ay hindi katanggap-tanggap.Samakatuwid, bago pag-usapan ang mass production ng superconducting transpormer, kinakailangan upang bumuo ng mga panukalang proteksyon laban sa mga kondisyong pang-emergency at ang posibilidad ng pagbibigay ng kuryente sa panahon ng pagbagsak ng superconducting transpormer. Ang mga tagumpay na nakamit sa lugar na ito ay nagpapahintulot sa amin na isipin na sa malapit na hinaharap ang problema sa pagprotekta ng mga transformer ng superconducting ay malulutas, at dadalhin nila ang kanilang lugar sa mga power plant.

Sa mga nagdaang taon, ang pangarap ng mga superconducting power line ay naging mas malapit sa pagsasakatuparan. Ang patuloy na pagtaas ng demand para sa kuryente ay gumagawa ng paghahatid ng mataas na kapangyarihan sa mahabang distansya na nakakaakit. Ang mga siyentipiko ng Sobyet ay nakakumbinsi na ipinakita ang pangako ng mga superconducting transmission line. Ang gastos ng mga linya ay maihahambing sa gastos ng maginoo na mga linya ng paghahatid ng kapangyarihan sa itaas (ang gastos ng isang superconductor, na ibinigay ang mataas na halaga ng kritikal na kasalukuyang density kumpara sa matipid na magagawa kasalukuyang density sa tanso o aluminyo na mga wire, ay mababa) at mas mababa kaysa sa gastos ng mga linya ng cable.

 

Dapat itong isagawa ang mga linya ng kapangyarihan ng superconducting tulad ng sumusunod: isang pipeline na may likidong nitrogen ay inilalagay sa pagitan ng mga dulo ng paghahatid sa lupa. Sa loob ng pipeline na ito ay isang pipeline na may likidong helium. Ang helium at nitrogen ay dumadaloy sa pamamagitan ng mga pipelines dahil sa paglikha ng isang pagkakaiba ng presyon sa pagitan ng mga simula at pagtatapos ng mga puntos. Kaya, ang mga likido at pumping istasyon ay nasa dulo lamang ng linya.

Ang likido na nitrogen ay maaaring magamit nang sabay-sabay bilang isang dielectric. Ang helium pipeline ay suportado sa loob ng nitrogen sa pamamagitan ng mga dielectric racks (sa karamihan ng mga insulators, mga katangian ng dielectric ay pinabuting sa mababang temperatura). Ang pipium pipeline ay may pagkakabukod ng vacuum. Ang panloob na ibabaw ng likidong helium pipeline ay pinahiran ng isang layer ng isang superconductor.

Ang mga pagkalugi sa ganoong linya, na isinasaalang-alang ang hindi maiiwasang pagkalugi sa mga dulo ng linya, kung saan ang superconductor ay dapat makipag-ugnay sa mga gulong sa ordinaryong temperatura, ay hindi lalampas sa ilang mga praksiyon ng isang porsyento, at sa mga ordinaryong mga linya ng lakas ay 5 ... 10 beses pa!

Sa pamamagitan ng mga puwersa ng mga siyentipiko ng G.M. Energy Institute Krzhizhanovsky at All-Union Scientific Research Institute ng Cable Industry ay lumikha na ng isang serye ng mga pang-eksperimentong mga segment ng superconducting AC at DC cable. Ang ganitong mga linya ay maaaring maglipat ng kapangyarihan sa maraming libu-libong mga megawatts na may kahusayan ng higit sa 99%, sa katamtamang gastos at medyo mababa (110 ... 220 kV) boltahe. Marahil na mas mahalaga, ang mga superconducting na linya ng kuryente ay hindi kailangan ng mamahaling reaktibo na aparato sa kompensasyon ng kuryente. Ang mga maginoo na linya ay nangangailangan ng pag-install ng kasalukuyang mga reaktor, ang mga makapangyarihang capacitor upang mai-offset ang labis na pagkalugi ng boltahe sa kahabaan ng landas, at ang mga linya sa mga superconductor ay nakapagpapagaling sa sarili!

Ang mga superconductor ay naging kailangang-kailangan sa mga de-koryenteng makina, ang prinsipyo ng operasyon na kung saan ay napaka-simple, ngunit hindi pa itinayo bago, dahil ang kanilang trabaho ay nangangailangan ng napakalakas na magnet. Pinag-uusapan namin ang tungkol sa mga magnetohydrodynamic (MHD) machine, na sinubukan ni Faraday na maipatupad nang maaga noong 1831.

Ang ideya ng karanasan ay simple. Dalawang metal plate ay nalubog sa tubig ng Thames sa tapat ng mga bangko nito. Kung ang bilis ng ilog ay 0.2 m / s, kung gayon, paghahalintulad ang mga jet ng tubig sa mga conductor na lumilipat mula kanluran patungo sa silangan sa patlang ng Earth (ang vertical na bahagi nito ay humigit-kumulang 5 · 10-5 T), isang boltahe na halos 10 μV / m ay maaaring alisin mula sa mga electrodes .

Sa kasamaang palad, natapos ang eksperimento na ito sa kabiguan; ang "generator-ilog" ay hindi gumana. Hindi masusukat ni Faraday ang kasalukuyang nasa circuit. Ngunit pagkalipas ng ilang taon, inulit ni Lord Kelvin ang karanasan ni Faraday at nakatanggap ng isang maliit na kasalukuyang. Tila na ang lahat ay nanatili sa Faraday: ang parehong mga plato, iisang ilog, ang parehong mga instrumento. Iyan ba ang lugar na hindi ganoon.Itinayo ni Kelvin ang kanyang generator sa Thames, kung saan ang tubig nito ay pinaghalo sa tubig na may asin ng makipot.

Nandiyan siya! Ang agos ng tubig ay mas maraming asin at samakatuwid ay may higit na kondaktibiti! Agad itong naitala ng mga instrumento. Ang pagtaas ng kondaktibo ng "gumaganang likido" ay ang pangkalahatang paraan upang madagdagan ang kapangyarihan ng mga generator ng MHD. Ngunit maaari mong dagdagan ang kapangyarihan sa ibang paraan - sa pamamagitan ng pagtaas ng magnetic field. Ang kapangyarihan ng generator ng MHD ay direktang proporsyonal sa parisukat ng lakas ng magnetic field.

Ang mga pangarap ng mga generator ng MHD ay nakakuha ng isang tunay na pundasyon sa paligid ng kalagitnaan ng aming siglo, kasama ang pagdating ng mga unang batch ng superconducting na mga pang-industriya na materyales (niobium-titanium, niobium-zirconium), mula dito posible na gawin ang una, maliit pa, ngunit nagtatrabaho mga modelo ng mga generator, motor, conductors, solenoids . At noong 1962, sa isang symposium sa Newcastle, ang British Wilson at Robert ay nagmungkahi ng isang proyekto para sa isang 20 MW MHD generator na may isang patlang ng 4 T. Kung ang paikot-ikot ay gawa sa wire na tanso, kung gayon sa halagang 0.6 mm / dolyar. Ang mga pagkalugi sa joule ay "kumakain" ng mga kapaki-pakinabang na kapangyarihan (15 MW!). Ngunit sa mga superconductor, ang paikot-ikot na compactly magkasya sa gumaganang silid, walang mga pagkalugi dito, at ang paglamig ay aabutin lamang ng 100 kW ng kapangyarihan. Dadagdagan ang kahusayan mula 25 hanggang 99.5%! Mayroong dapat isipin.

Ang mga generator ng MHD ay sineseryoso na kinuha sa maraming mga bansa, dahil sa mga naturang machine posible na gumamit ng plasma 8 ... 10 beses na mas mainit kaysa sa singaw sa mga turbin ng mga thermal power halaman, at ayon sa kilalang Carnot formula, ang kahusayan ay hindi magiging 40, ngunit lahat 60 % Iyon ang dahilan kung bakit sa mga darating na taon malapit sa Ryazan ang unang pang-industriya na generator ng MHD para sa 500 MW ay magsisimulang mag-operate.

Siyempre, hindi madaling lumikha at gumamit ng naturang istasyon sa matipid: hindi madaling ilagay malapit sa isang stream ng plasma (2500 K) at isang cryostat na may paikot-ikot na likidong helium (4 ... 5 K), ang mga incandescent electrodes ay sumunog at mag-slag, ang mga additives na kailangan lamang na ma-leaching mula sa mga slags na naidagdag sa fuel ionization ng plasma, ngunit ang inaasahang benepisyo ay dapat sakupin ang lahat ng mga gastos sa paggawa.

Maaaring isipin ng isa kung ano ang hitsura ng isang superconducting magnetic system ng isang generator ng MHD. Ang dalawang superconducting windings ay matatagpuan sa mga gilid ng channel ng plasma, na nahiwalay sa mga paikot-ikot na pagkakabukod ng multi-layer thermal pagkakabukod. Ang mga paikot-ikot ay naayos sa mga titanium cassette, at ang mga titanium spacer ay inilalagay sa pagitan nila. Hindi sinasadya, ang mga cassette at spacer na ito ay dapat na lubos na matibay, dahil ang mga puwersa ng electrodynamic sa kasalukuyang mga paikot-ikot ay may posibilidad na mapunit ang mga ito at hilahin silang magkasama.

Dahil walang init na nabuo sa paikot-ikot na superconducting, ang ref, na kinakailangan para gumana ang superconducting magnetic system, dapat lamang alisin ang init na pumapasok sa cryostat na may likidong helium sa pamamagitan ng thermal pagkakabukod at kasalukuyang mga lead. Ang mga pagkawala sa kasalukuyang mga lead ay maaaring mabawasan sa halos zero kung ang mga short-circuited superconducting coils ay ginagamit, pinalakas ng isang superconducting DC transpormer.

Ang isang helium liquefier, na gagawa ng pagkawala ng helium na sumingaw sa pamamagitan ng pagkakabukod, ay tinatayang makagawa ng ilang libu-libong litro ng likidong helium sa loob ng 1 oras. Ang mga naturang likido ay ginawa ng industriya.

Kung walang superconducting windings, ang mga malalaking tokamaks ay magiging hindi makatotohanang. Sa pag-install ng Tokamak-7, halimbawa, isang paikot-ikot na tumitimbang ng 12 tonelada ay dumadaloy sa paligid ng isang kasalukuyang 4.5 kA at lumilikha ng isang 2.4 T magnetic field sa axis ng isang plasma torus na 6 m3. Ang patlang na ito ay nilikha ng 48 superconducting coils, na gumugol lamang ng 150 litro ng likidong helium bawat oras, ang muling pagkubkob ng kung saan ay nangangailangan ng lakas ng 300 ... 400 kW.

Hindi lamang ang malaking enerhiya ay nangangailangan ng matipid na matibay na electromagnets, mahirap gawin nang walang mga siyentipiko na nagtatrabaho sa mga malalakas na patlang. Ang mga pag-install para sa paghihiwalay ng magnetic isotope ay nagiging isang order ng magnitude na mas produktibo. Ang mga proyekto ng mga malalaking accelerator nang walang superconducting electromagnets ay hindi na isinasaalang-alang.Ito ay ganap na hindi makatotohanang gawin nang walang mga superconductor sa mga bubble kamara, na nagiging lubos na maaasahan at sensitibong rehistro ng mga elementong elementarya. Kaya, ang isa sa record-breaking na malalaking magnetic system batay sa superconductors (Argonne National Laboratory, USA) ay lumikha ng isang 1.8 T patlang na may naka-imbak na enerhiya na 80 MJ. Ang isang napakalaki na paikot-ikot na tumitimbang ng 45 tonelada (kung saan ang 400 kg ay napunta sa isang superconductor) na may panloob na diameter na 4.8 m, isang panlabas na diameter ng 5.3 m at taas na 3 m ay nangangailangan lamang ng 500 kW para sa paglamig sa 4.2 K - isang napabayaang halaga ng kapangyarihan.

Ang superconducting magnet ng bubble kamara ng European Center for Nuclear Research sa Geneva ay tila mas kahanga-hanga. Mayroon itong mga sumusunod na katangian: magnetic field sa gitna hanggang sa 3 T, panloob na diameter ng "coil" 4.7 m, na nakaimbak ng enerhiya na 800 MJ.

Sa pagtatapos ng 1977, ang isa sa pinakamalaking magneto ng hyperconducting sa mundo, ang Hyperon, ay inatasan sa Institute of Theoretical and Experimental Physics (ITEP). Ang lugar ng pagtatrabaho nito ay may diameter na 1 m, ang patlang sa gitna ng system ay 5 T (!). Ang isang natatanging magnet ay idinisenyo para sa mga eksperimento sa IHEP proton synchrotron sa Serpukhov.

Ang pagkakaroon ng pagkaunawa sa mga kahanga-hangang mga figure na ito, sa paanuman ay hindi nakakaginhawa upang sabihin na ang teknikal na pag-unlad ng superconductivity ay nagsisimula pa lamang. Bilang halimbawa, maaalala natin ang mga kritikal na mga parameter ng mga superconductors. Kung ang temperatura, presyon, kasalukuyang, magnetic field ay lumampas sa ilang mga paglilimita ng mga halaga, na tinatawag na kritikal, ang superconductor ay mawawala ang mga hindi pangkaraniwang katangian nito, na nagiging ordinaryong materyal.

Ang pagkakaroon ng isang phase transition ay natural na gagamitin upang makontrol ang mga panlabas na kondisyon. Kung mayroong superconductivity, kung gayon ang patlang ay mas mababa sa kritikal, kung ang sensor ay naibalik ang pagtutol, ang patlang ay higit sa kritikal. Ang isang serye ng isang iba't ibang mga iba't ibang mga metro ng superconducting ay binuo: isang bolometro sa isang satellite ay maaaring "madama" isang lit na tugma sa Earth, ang mga galvanometer ay nagiging mas sensitibo ng maraming libong beses; sa mga ultra-high-Q resonator, ang mga pag-oscillation ng electromagnetic field ay tila napagtatanggol, dahil hindi sila nabubulok sa sobrang haba.

Ngayon ang oras upang tumingin sa paligid ng buong elektrikal na bahagi ng industriya ng enerhiya upang maunawaan kung paano ang pagkalat ng mga aparato ng superconducting ay maaaring makagawa ng isang kabuuang epekto sa ekonomiya. Maaaring madagdagan ng mga superconductor ang yunit ng lakas ng mga yunit ng kuryente, ang lakas ng boltahe na may mataas na boltahe ay maaaring unti-unting mababalik sa multi-ampere, sa halip na apat o anim na beses na ang conversion ng boltahe sa pagitan ng power plant at consumer, tunay na pag-uusapan ang tungkol sa isa o dalawang pagbabagong-anyo kasama ang kaukulang pagpapasimple at mas murang circuit, ang pangkalahatang kahusayan ng mga network ng elektrikal ay hindi maiiwasan na madaragdagan dahil sa pagkalugi ng joule. Ngunit hindi iyon ang lahat.

Ang mga sistemang elektrikal ay hindi maiiwasan na magkakaiba kapag ang superconducting inductive energy storage aparato (SPINs) ay ginagamit sa kanila! Ang katotohanan ay sa labas ng lahat ng mga industriya, sa sektor ng enerhiya lamang walang mga bodega: ang nabuong init at koryente ay wala nang mag-iimbak, dapat silang agad na maubos. Ang ilang mga pag-asa ay nauugnay sa superconductors. Dahil sa kakulangan ng resistensya ng elektrikal sa kanila, ang kasalukuyang maaaring mag-ikot sa pamamagitan ng isang saradong superconducting circuit para sa isang di-makatwirang mahabang oras nang walang pagpapalabas hanggang sa dumating ang oras para sa pagpili nito ng mamimili. Ang mga SPINS ay magiging likas na elemento ng elektrikal na network, nananatili lamang ito upang magbigay ng kasangkapan sa mga ito gamit ang mga regulator, switch o mga tagalikod ng kasalukuyang o dalas kapag pinagsama sa mga mapagkukunan at mga consumer ng kuryente.

Ang lakas ng lakas ng SPINs ay maaaring ibang-iba - mula sa 10-5 (ang enerhiya ng isang portfolio na nahulog mula sa mga kamay) hanggang 1 kWh (isang bloke ng 10 tonelada na nahulog 40 metro mula sa isang bangin) o 10 milyong kWh! Ang nasabing isang malakas na drive ay dapat magkaroon ng laki ng isang gilingang pinepedalan sa paligid ng larangan ng football, ang presyo nito ay 500 milyong dolyar, at ang kahusayan - 95%.Ang isang katumbas na nagtitipon ng power plant ay magiging 20% ​​na mas mura, ngunit gugugol ito ng isang third ng kapasidad para sa mga pangangailangan nito! Ang layout ng gastos ng naturang SPIN ay nagtuturo sa mga tuntunin ng mga bahagi nito: para sa mga refrigerator 2 ... 4%, para sa mga kasalukuyang converters 10%, para sa superconducting paikot na 15 ... 20%, para sa thermal pagkakabukod ng malamig na zone 25%, at para sa mga bendahe, mga fastener at spacer - halos 50 %

Simula sa ulat ni G.M. Krzhizhanovsky ayon sa plano ng GOELRO sa VIII All-Russian Congress of Soviets na higit sa kalahating siglo na ang lumipas. Ang pagpapatupad ng plano na ito ay posible upang madagdagan ang kapasidad ng mga halaman ng kuryente ng bansa mula 1 hanggang 200 ... 300 milyon kW. Ngayon ay mayroong isang pangunahing pagkakataon upang palakasin ang mga sistema ng enerhiya ng bansa ng ilang dosenang beses, paglilipat sa kanila sa superconducting mga de-koryenteng kagamitan at pinadali ang mga pangunahing prinsipyo ng pagbuo ng mga naturang sistema.

Ang batayan ng enerhiya sa simula ng ika-21 siglo ay maaaring maging mga istasyon ng nukleyar at thermonuclear na may napakalakas na mga generator. Ang mga patlang ng kuryente na nabuo ng mga superconducting electromagnets, ang mga malakas na ilog ay maaaring dumaloy kasama ang mga superconducting power lines upang superconducting energy storage, mula kung saan sila pipiliin ng mga mamimili kung kinakailangan. Ang mga halaman ng halaman ay maaaring makabuo ng kapangyarihan nang pantay, araw at gabi, at ang kanilang paglaya mula sa nakaplanong mga rehimen ay dapat dagdagan ang kahusayan at buhay ng serbisyo ng mga pangunahing yunit.

Maaari kang magdagdag ng mga puwang ng solar station sa mga ground-based na mga halaman ng kuryente. Nag-iikot sa mga nakapirming puntos ng planeta, kakailanganin nilang i-convert ang mga sinag ng araw sa mga maikling alon na electromagnetic radiation upang maipadala ang nakatuon na daloy ng enerhiya sa mga nakabatay sa lupa na mga converters sa pang-industriya na mga alon. Ang lahat ng mga de-koryenteng kagamitan ng mga sistemang de-koryenteng espasyo ay dapat na superconducting, kung hindi man ang mga pagkalugi sa mga conductors ng panghuling koryente na conductivity ay magiging hindi katanggap-tanggap na malaki.

Vladimir KARTSEV "Magnet para sa tatlong millennia"

Comments

[#1 Stas]

Ito ang hinaharap ng enerhiya, at ang SPIN ay ang malapit na hinaharap.