Tương lai của năng lượng - máy phát điện siêu dẫn, máy biến thế và đường dây điện

Một trong những hướng phát triển chính của khoa học phác thảo các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trong lĩnh vực vật liệu siêu dẫn, và một trong những hướng chính của sự phát triển công nghệ là phát triển máy phát điện siêu dẫn.

Thiết bị điện siêu dẫn sẽ làm tăng đáng kể tải điện và từ trong các yếu tố của thiết bị và do đó làm giảm đáng kể kích thước của chúng. Trong một dây siêu dẫn, mật độ dòng điện gấp 10 ... 50 lần mật độ dòng điện trong các thiết bị điện thông thường được cho phép. Từ trường có thể được đưa đến các giá trị theo thứ tự 10 T, so với 0,8 ... 1 T trong các máy thông thường. Cho rằng kích thước của các thiết bị điện tỷ lệ nghịch với sản phẩm của mật độ dòng điện và cảm ứng từ, rõ ràng việc sử dụng chất siêu dẫn sẽ làm giảm kích thước và trọng lượng của thiết bị điện nhiều lần!

Theo một trong những nhà thiết kế hệ thống làm mát các loại máy phát điện lạnh mới của nhà khoa học Liên Xô I.F. Filippov, có lý do để xem xét nhiệm vụ tạo ra các chất bảo quản lạnh kinh tế với các chất siêu dẫn đã được giải quyết. Tính toán và nghiên cứu sơ bộ cho phép chúng tôi hy vọng rằng không chỉ kích thước và trọng lượng, mà cả hiệu quả của máy móc mới sẽ cao hơn so với các máy phát điện tiên tiến nhất của thiết kế truyền thống.

Ý kiến ​​này được chia sẻ bởi những người đứng đầu công việc về việc tạo ra một máy phát điện siêu dẫn mới của dòng KTG-1000, Viện sĩ I.A. Glebov, Tiến sĩ Khoa học Kỹ thuật V.G. Novitsky và V.N. Shakhtarin. Máy phát điện KTG-1000 đã được thử nghiệm vào mùa hè năm 1975, sau đó là máy phát điện tạo mẫu lạnh KT-2-2, được tạo ra bởi hiệp hội Electrosila phối hợp với các nhà khoa học từ Viện Vật lý và Công nghệ Nhiệt độ thấp, Viện Hàn lâm Khoa học SSR của Ukraine. Kết quả thử nghiệm cho phép xây dựng một đơn vị siêu dẫn có công suất lớn hơn đáng kể.

Dưới đây là một số dữ liệu của một tuabin phản lực siêu dẫn 1200 kW được phát triển tại VNIIelektromash. Cuộn dây trường siêu dẫn được làm bằng dây có đường kính 0,7 mm với 37 dây dẫn niobi-titan siêu dẫn trong một ma trận đồng. Lực ly tâm và điện động lực trong cuộn dây được cảm nhận bằng một băng thép không gỉ. Giữa lớp vỏ bằng thép không gỉ có thành dày bên ngoài và miếng băng có một màn hình nhiệt điện bằng đồng, được làm mát bằng dòng khí heli lạnh đi qua kênh (sau đó nó quay trở lại chất lỏng).

Các vòng bi hoạt động ở nhiệt độ phòng. Cuộn dây stato được làm bằng dây dẫn đồng (nước làm mát) và được bao quanh bởi một lá chắn sắt từ làm bằng thép nặng. Rôto quay trong một không gian chân không bên trong vỏ vật liệu cách điện. Các chân không trong vỏ được đảm bảo bởi các miếng đệm.

Máy phát KTG-1000 thử nghiệm đã từng là máy phát điện lạnh lớn nhất thế giới về kích thước. Mục đích của việc tạo ra nó là để kiểm tra thiết kế của các ống lạnh quay lớn, các thiết bị cung cấp heli cho cuộn dây rôto siêu dẫn, nghiên cứu mạch nhiệt, hoạt động của cuộn dây rôto siêu dẫn và làm mát nó.

Và triển vọng chỉ đơn giản là mê hoặc. Một cỗ máy có công suất 1300 MW sẽ có chiều dài khoảng 10 m với khối lượng 280 tấn, trong khi một cỗ máy có kích thước tương tự thiết kế thông thường sẽ có chiều dài 20 m với khối lượng 700 tấn! Cuối cùng, thật khó để tạo ra một cỗ máy bình thường có công suất hơn 2000 MW, và với chất siêu dẫn, bạn thực sự có thể đạt được công suất đơn vị 20.000 MW!

Vì vậy, mức tăng trong vật liệu chiếm khoảng ba phần tư chi phí. Quy trình sản xuất được tạo điều kiện. Bất kỳ nhà máy chế tạo máy nào cũng dễ dàng và rẻ hơn để chế tạo một số máy điện lớn hơn so với số lượng lớn máy nhỏ: cần ít công nhân hơn, công viên máy và các thiết bị khác không quá căng thẳng.

Để lắp đặt một máy phát điện cực mạnh, cần một diện tích tương đối nhỏ của nhà máy điện. Điều này có nghĩa là chi phí xây dựng phòng máy giảm, trạm có thể được đưa vào hoạt động nhanh hơn. Và cuối cùng, máy điện càng lớn thì hiệu quả của nó càng cao.

Tuy nhiên, tất cả những lợi thế này không loại trừ những khó khăn kỹ thuật phát sinh khi tạo ra các đơn vị năng lượng lớn. Và, quan trọng nhất, sức mạnh của họ chỉ có thể được tăng lên đến một số giới hạn nhất định. Các tính toán cho thấy sẽ không thể vượt qua giới hạn trên bị giới hạn bởi công suất của máy phát điện 2500 MW, rôto quay với tốc độ 3000 vòng / phút, trước hết, do giới hạn này được xác định, trước hết, bởi các đặc tính cường độ: ứng suất trong cấu trúc cơ học của máy có công suất tăng cao hơn rất nhiều lực ly tâm đó chắc chắn sẽ gây ra hỏng rôto.

Rất nhiều lo lắng phát sinh trong quá trình vận chuyển. Để vận chuyển cùng một máy phát turbo có công suất 1200 MW, cần phải chế tạo một băng tải có khớp nối với tải trọng 500 tấn, chiều dài gần 64 m. Mỗi chiếc có hai trục nằm trên 16 trục xe.

Nhiều chướng ngại vật tự rơi ra nếu bạn sử dụng hiệu ứng siêu dẫn và áp dụng vật liệu siêu dẫn. Sau đó, tổn thất trong cuộn dây rôto thực tế có thể giảm xuống bằng không, vì dòng điện trực tiếp sẽ không gặp điện trở trong nó. Và nếu vậy, hiệu quả của máy tăng lên. Một dòng điện lớn chạy qua cuộn dây siêu dẫn tạo ra một từ trường mạnh đến mức không còn cần thiết phải sử dụng mạch từ thép, truyền thống cho bất kỳ máy điện nào. Việc loại bỏ thép sẽ làm giảm khối lượng của rôto và quán tính của nó.

Việc tạo ra các máy điện lạnh không phải là một mốt nhất thời, mà là một sự cần thiết, một kết quả tự nhiên của tiến bộ khoa học và công nghệ. Và có mọi lý do để tranh luận rằng vào cuối thế kỷ, các máy phát điện siêu dẫn có công suất hơn 1000 MW sẽ hoạt động trong các hệ thống điện.

Máy điện đầu tiên ở Liên Xô có chất siêu dẫn được thiết kế tại Viện Cơ điện ở Leningrad vào năm 1962 ... 1963. Đó là một cỗ máy hiện tại trực tiếp với phần ứng (thông thường ấm áp) và một cuộn dây trường siêu dẫn. Sức mạnh của nó chỉ là một vài watt.

Kể từ đó, các nhân viên của viện (nay là VNIIelektromash) đã làm việc để tạo ra các tuabin phản lực siêu dẫn cho ngành năng lượng. Trong những năm qua, có thể xây dựng các cấu trúc thí điểm với công suất 0,008 và 1 MW, và sau đó là 20 MW ...

Các tính năng của đứa con tinh thần này của VNIIelektromash là gì?

Các cuộn dây trường siêu dẫn là trong một bồn tắm helium. Heli lỏng đi vào rôto quay thông qua một đường ống nằm ở trung tâm của trục rỗng. Khí bay hơi được dẫn trở lại bộ phận ngưng tụ thông qua khe hở giữa đường ống này và thành trong của trục.

Trong thiết kế đường ống dẫn khí heli, như trong chính cánh quạt, có các khoang chân không tạo ra cách nhiệt tốt. Mô-men xoắn từ động cơ chính được cung cấp cho trường quanh co thông qua các cầu nhiệt của Cameron, một cấu trúc đủ mạnh về mặt cơ học nhưng không truyền nhiệt tốt.

Kết quả là, thiết kế cánh quạt là một bộ phận làm lạnh quay với cuộn dây trường siêu dẫn.

Stator của tuabin siêu dẫn, như trong phương án truyền thống, có một cuộn dây ba pha trong đó một suất điện động được kích thích bởi từ trường rôto.Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng cuộn dây siêu dẫn trong stato là không thực tế, vì tổn thất đáng kể xảy ra đối với dòng điện xoay chiều trong chất siêu dẫn. Nhưng thiết kế của một stator với một cuộn dây thông thường, có một đặc điểm riêng.

Về nguyên tắc, cuộn dây có thể được đặt trong khe hở không khí giữa stato và rôto và được gắn theo một cách mới, sử dụng nhựa epoxy và các thành phần cấu trúc sợi thủy tinh. Một mạch như vậy làm cho nó có thể đặt nhiều dây dẫn đồng trong stato.

Hệ thống làm mát stato cũng nguyên bản: nhiệt được loại bỏ bởi freon, đồng thời thực hiện chức năng của một chất cách điện. Trong tương lai, nhiệt này có thể được sử dụng cho các mục đích thực tế sử dụng bơm nhiệt.

Một dây đồng có tiết diện hình chữ nhật 2,5 x 3,5 mm được sử dụng trong động cơ máy phát điện có công suất 20 MW. 3600 tĩnh mạch làm bằng niobi-titan được ép vào nó. Một dây như vậy có khả năng truyền dòng điện lên đến 2200 A.

Các thử nghiệm của máy phát điện mới đã xác nhận dữ liệu tính toán. Hóa ra nó nhẹ gấp đôi so với các máy truyền thống có cùng công suất và hiệu suất của nó cao hơn 1%. Bây giờ trình tạo này hoạt động trong hệ thống Lenenergo như một bộ bù đồng bộ và tạo công suất phản kháng.

Nhưng kết quả chính của công việc là kinh nghiệm khổng lồ thu được trong quá trình tạo ra một máy phát điện tua bin. Dựa vào đó, Hiệp hội xây dựng máy điện Leningrad Elektrosila đã bắt đầu tạo ra một máy phát điện có công suất 300 MW, sẽ được lắp đặt tại một trong những nhà máy điện đang được xây dựng ở nước ta.

Các cuộn dây trường cánh quạt siêu dẫn được làm bằng dây niobi-titan. Thiết bị của nó là không bình thường - các dây dẫn niobi-titan mỏng nhất được ép vào một ma trận đồng. Điều này được thực hiện để ngăn chặn sự chuyển đổi của cuộn dây từ trạng thái siêu dẫn sang bình thường do ảnh hưởng của sự dao động trong từ thông hoặc các lý do khác. Nếu điều này xảy ra, dòng điện sẽ chạy qua ma trận đồng, nhiệt sẽ tiêu tan và trạng thái siêu dẫn sẽ được phục hồi.

Bản thân công nghệ sản xuất cánh quạt đòi hỏi phải đưa ra các giải pháp kỹ thuật mới về cơ bản. Nếu rôto của máy thông thường được chế tạo từ một vật rèn bằng thép dẫn từ tính, thì trong trường hợp này, nó phải bao gồm một số xi lanh được lắp vào một cái khác làm bằng thép không từ tính. Giữa các bức tường của một số hình trụ là helium lỏng, giữa các bức tường của một số khác được tạo ra chân không. Các bức tường xi lanh, tất nhiên, phải có độ bền cơ học cao, phải kín chân không.

Khối lượng của máy phát điện mới, cũng như khối lượng của người tiền nhiệm của nó, nhỏ hơn gần 2 lần so với khối lượng của cùng một công suất thông thường, và hiệu suất được tăng thêm 0,5 ... 0,7%. Máy phát điện tua-bin đã được sống trong khoảng 30 năm và hầu hết thời gian đã hoạt động, vì vậy rõ ràng là sự gia tăng hiệu quả dường như nhỏ như vậy sẽ là một lợi ích rất đáng kể.

Kỹ sư điện không chỉ cần máy phát điện lạnh. Vài chục máy biến áp siêu dẫn đã được sản xuất và thử nghiệm (chiếc đầu tiên trong số chúng được chế tạo bởi McPhee của Mỹ vào năm 1961; máy biến áp hoạt động ở mức 15 kW). Có những dự án máy biến áp siêu dẫn cho công suất lên tới 1 triệu kW. Ở công suất đủ lớn, máy biến áp siêu dẫn sẽ nhẹ hơn bình thường khoảng 40 ... 50% với tổn thất công suất xấp xỉ như máy biến áp thông thường (trong các tính toán này, công suất của chất lỏng cũng được tính đến).

Máy biến áp siêu dẫn, tuy nhiên, có nhược điểm đáng kể. Chúng có liên quan đến sự cần thiết phải bảo vệ máy biến áp thoát khỏi trạng thái siêu dẫn trong quá tải, ngắn mạch, quá nhiệt, khi từ trường, dòng điện hoặc nhiệt độ có thể đạt đến các giá trị tới hạn.

Nếu máy biến áp không sụp đổ, sẽ mất vài giờ để làm mát lại và khôi phục tính siêu dẫn. Trong một số trường hợp, việc gián đoạn cung cấp điện như vậy là không thể chấp nhận được.Do đó, trước khi nói về việc sản xuất hàng loạt máy biến áp siêu dẫn, cần phải phát triển các biện pháp bảo vệ chống lại các điều kiện khẩn cấp và khả năng cung cấp điện cho người tiêu dùng trong thời gian ngừng hoạt động của máy biến áp siêu dẫn. Những thành công đạt được trong lĩnh vực này cho phép chúng tôi nghĩ rằng trong tương lai gần, vấn đề bảo vệ máy biến áp siêu dẫn sẽ được giải quyết, và chúng sẽ thay thế chúng trong các nhà máy điện.

Trong những năm gần đây, giấc mơ về các đường dây điện siêu dẫn ngày càng trở nên gần gũi hơn với việc thực hiện. Nhu cầu điện ngày càng tăng khiến cho việc truyền tải điện năng cao trên một khoảng cách dài rất hấp dẫn. Các nhà khoa học Liên Xô đã cho thấy một cách thuyết phục lời hứa về các đường truyền siêu dẫn. Chi phí của các đường dây sẽ tương đương với chi phí của các đường dây tải điện trên không thông thường (chi phí của chất siêu dẫn, với giá trị cao của mật độ dòng tới hạn so với mật độ dòng điện khả thi về mặt kinh tế trong dây đồng hoặc nhôm, thấp) và thấp hơn chi phí của đường dây cáp.

 

Nó được cho là thực hiện các đường dây điện siêu dẫn như sau: một đường ống với nitơ lỏng được đặt giữa các điểm cuối của truyền trong mặt đất. Bên trong đường ống này là một đường ống với helium lỏng. Helium và nitơ chảy qua các đường ống do tạo ra chênh lệch áp suất giữa điểm bắt đầu và điểm kết thúc. Do đó, các trạm hóa lỏng và bơm sẽ chỉ ở cuối dòng.

Nitơ lỏng có thể được sử dụng đồng thời như một chất điện môi. Đường ống helium được hỗ trợ bên trong nitơ bằng giá đỡ điện môi (trong hầu hết các chất cách điện, tính chất điện môi được cải thiện ở nhiệt độ thấp). Các đường ống helium có cách nhiệt chân không. Bề mặt bên trong của đường ống helium lỏng được phủ một lớp chất siêu dẫn.

Tổn thất trong đường dây như vậy, có tính đến tổn thất không thể tránh khỏi ở cuối đường dây, trong đó chất siêu dẫn phải giao tiếp với lốp xe ở nhiệt độ thường, sẽ không vượt quá một vài phần trăm và trong tổn thất đường dây điện thông thường là 5 ... 10 lần!

Do lực lượng của các nhà khoa học của Viện Năng lượng mang tên G.M. Krzhizhanovsky và Viện nghiên cứu khoa học liên minh của ngành công nghiệp cáp đã tạo ra một loạt các phân đoạn thử nghiệm của cáp AC và DC siêu dẫn. Những đường dây như vậy sẽ có thể truyền điện tới hàng ngàn megawatt với hiệu suất hơn 99%, với chi phí vừa phải và điện áp tương đối thấp (110 ... 220 kV). Có lẽ thậm chí quan trọng hơn, các đường dây điện siêu dẫn sẽ không cần các thiết bị bù công suất phản kháng đắt tiền. Các đường dây thông thường yêu cầu lắp đặt các lò phản ứng hiện tại, các tụ điện mạnh để bù đắp tổn thất điện áp quá mức dọc theo đường dẫn và các đường dây trên chất siêu dẫn có thể tự bù!

Các chất siêu dẫn hóa ra không thể thiếu trong các máy điện, nguyên lý hoạt động cực kỳ đơn giản, nhưng chưa từng được chế tạo trước đây, bởi vì công việc của chúng đòi hỏi nam châm rất mạnh. Chúng ta đang nói về máy Magnetohydrodynamic (MHD), mà Faraday đã cố gắng thực hiện sớm nhất là vào năm 1831.

Ý tưởng kinh nghiệm rất đơn giản. Hai tấm kim loại được ngâm trong nước sông Thames trên bờ đối diện của nó. Nếu tốc độ của dòng sông là 0,2 m / s, thì có thể loại bỏ các tia nước với các dây dẫn di chuyển từ tây sang đông trong từ trường Trái đất (thành phần thẳng đứng của nó là khoảng 5 · 10 ném5 T), có thể loại bỏ điện áp khoảng 10 μV / m khỏi các điện cực .

Thật không may, thí nghiệm này đã kết thúc trong thất bại, dòng máy phát điện trên sông "không hoạt động. Faraday không thể đo dòng điện trong mạch. Nhưng vài năm sau, Lord Kelvin lặp lại trải nghiệm của Faraday và nhận được một dòng điện nhỏ. Dường như mọi thứ vẫn như ở Faraday: cùng một mảng, cùng một dòng sông, cùng các nhạc cụ. Có phải nơi đó không hoàn toàn như vậy.Kelvin đã xây dựng máy phát điện của mình xuống sông Thames, nơi nước của nó hòa với nước mặn của eo biển.

Cô ấy đây rồi! Nước hạ lưu mặn hơn và do đó có độ dẫn cao hơn! Điều này ngay lập tức được ghi lại bởi các công cụ. Tăng độ dẫn điện của chất lỏng làm việc trực tuyến, là cách chung để tăng sức mạnh của máy phát MHD. Nhưng bạn có thể tăng sức mạnh theo một cách khác - bằng cách tăng từ trường. Công suất của máy phát MHD tỷ lệ thuận với bình phương cường độ từ trường.

Ước mơ về máy phát điện MHD đã có một nền tảng thực sự vào giữa thế kỷ của chúng ta với sự ra đời của các lô vật liệu công nghiệp siêu dẫn đầu tiên (niobium-titan, niobium-zirconium), từ đó có thể tạo ra các mô hình đầu tiên, vẫn còn nhỏ, nhưng hoạt động của các máy phát điện, động cơ, dây dẫn . Và vào năm 1962, tại một hội nghị chuyên đề ở Newcastle, Wilson và Robert của Anh đã đề xuất một dự án máy phát điện MHD 20 MW với công suất 4 T. Nếu cuộn dây được làm bằng dây đồng, thì với chi phí 0,6 mm / đô la. Joule thua lỗ trong đó. Ăn hết năng lượng hữu ích (15 MW!). Nhưng trên các chất siêu dẫn, cuộn dây sẽ bao quanh buồng làm việc, sẽ không có tổn thất trong đó và làm mát sẽ chỉ mất 100 kW năng lượng. Hiệu quả sẽ tăng từ 25 đến 99,5%! Có một cái gì đó để suy nghĩ về.

Máy phát điện MHD đã được sử dụng nghiêm túc ở nhiều quốc gia, bởi vì trong các máy như vậy, có thể sử dụng plasma gấp 8 ... 10 lần so với hơi nước trong tuabin của các nhà máy nhiệt điện, và theo công thức Carnot nổi tiếng, hiệu quả sẽ không phải là 40, mà là 60 % Đó là lý do tại sao trong những năm tới gần Ryazan, máy phát MHD công nghiệp đầu tiên cho 500 MW sẽ bắt đầu hoạt động.

Tất nhiên, không dễ để tạo và sử dụng một trạm như vậy về mặt kinh tế: không dễ để đặt gần dòng plasma (2500 K) và ống lạnh với cuộn dây trong helium lỏng (4 ... 5 K), điện cực sợi đốt và xỉ, những chất phụ gia chỉ cần được lọc từ xỉ đã được thêm vào nhiên liệu ion hóa plasma, nhưng những lợi ích dự kiến ​​sẽ bao gồm tất cả các chi phí lao động.

Người ta có thể tưởng tượng một hệ thống từ tính siêu dẫn của máy phát MHD trông như thế nào. Hai cuộn dây siêu dẫn được đặt ở hai bên của kênh plasma, tách biệt với các cuộn dây bằng cách nhiệt đa lớp. Các cuộn dây được cố định trong các băng titan, và các miếng đệm titan được đặt giữa chúng. Ngẫu nhiên, các băng cassette và miếng đệm này phải cực kỳ bền, vì các lực điện động trong các cuộn dây hiện tại có xu hướng xé chúng ra và kéo chúng lại với nhau.

Vì không có nhiệt được tạo ra trong cuộn dây siêu dẫn, nên tủ lạnh, cần thiết cho hệ thống từ tính siêu dẫn hoạt động, chỉ phải loại bỏ nhiệt đi vào bộ phận làm lạnh bằng helium lỏng thông qua cách nhiệt và dẫn dòng. Tổn thất trong các đạo trình hiện tại có thể giảm xuống bằng không nếu sử dụng các cuộn dây siêu dẫn ngắn mạch được cung cấp bởi một máy biến áp DC siêu dẫn được sử dụng.

Một hóa lỏng helium, sẽ bù đắp cho việc mất helium bay hơi qua lớp cách nhiệt, ước tính sẽ tạo ra vài chục lít helium lỏng trong 1 giờ. Các chất hóa lỏng như vậy được sản xuất bởi công nghiệp.

Nếu không có cuộn dây siêu dẫn, tokamaks lớn sẽ không thực tế. Ví dụ, trong bản cài đặt Tokamak-7, một cuộn dây nặng 12 tấn chạy quanh dòng điện 4,5 kA và tạo ra từ trường 2,4 T trên trục của một hình xuyến plasma 6 m3. Trường này được tạo ra bởi 48 cuộn dây siêu dẫn, chỉ tiêu thụ 150 lít helium lỏng mỗi giờ, quá trình hóa lỏng lại đòi hỏi công suất 300 ... 400 kW.

Năng lượng lớn không chỉ cần nam châm điện mạnh mẽ nhỏ gọn về kinh tế, rất khó thực hiện nếu không có chúng cho các nhà khoa học làm việc với các lĩnh vực mạnh kỷ lục. Cài đặt để tách đồng vị từ trở thành một thứ tự cường độ năng suất cao hơn. Các dự án máy gia tốc lớn mà không có nam châm điện siêu dẫn không còn được xem xét.Hoàn toàn không thực tế nếu không có chất siêu dẫn trong buồng bong bóng, trở thành máy dò cực kỳ đáng tin cậy và nhạy cảm của các hạt cơ bản. Vì vậy, một trong những hệ thống từ tính lớn phá kỷ lục dựa trên chất siêu dẫn (Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, Hoa Kỳ) tạo ra trường 1,8 T với năng lượng dự trữ là 80 MJ. Một cuộn dây khổng lồ nặng 45 tấn (trong đó 400 kg đi đến chất siêu dẫn) có đường kính trong là 4,8 m, đường kính ngoài 5,3 m và chiều cao 3 m chỉ cần 500 kW để làm mát đến 4.2 K - một công suất không đáng kể.

Nam châm siêu dẫn của buồng bong bóng của Trung tâm nghiên cứu hạt nhân châu Âu ở Geneva dường như còn ấn tượng hơn nữa. Nó có các đặc điểm sau: từ trường ở trung tâm lên tới 3 T, đường kính trong của cuộn dây cuộn 4,7, năng lượng dự trữ 800 MJ.

Vào cuối năm 1977, một trong những nam châm siêu dẫn lớn nhất thế giới, Hyperon, được ủy nhiệm tại Viện Vật lý lý thuyết và thực nghiệm (ITEP). Khu vực làm việc của nó có đường kính 1 m, trường ở trung tâm của hệ thống là 5 T (!). Một nam châm độc đáo được thiết kế cho các thí nghiệm tại synchrotron proton IHEP ở Serpukhov.

Khi đã hiểu được những con số ấn tượng này, thật bất tiện khi nói rằng sự phát triển kỹ thuật của siêu dẫn chỉ mới bắt đầu. Ví dụ, chúng ta có thể nhớ lại các tham số quan trọng của chất siêu dẫn. Nếu nhiệt độ, áp suất, dòng điện, từ trường vượt quá một số giá trị giới hạn, được gọi là tới hạn, chất siêu dẫn sẽ mất các tính chất bất thường, biến thành vật liệu thông thường.

Sự hiện diện của một giai đoạn chuyển tiếp là khá tự nhiên để sử dụng để kiểm soát các điều kiện bên ngoài. Nếu có tính siêu dẫn, thì trường này không quá quan trọng, nếu cảm biến đã phục hồi điện trở, thì trường nằm trên mức quan trọng. Một loạt các máy đo siêu dẫn đa dạng đã được phát triển: một máy đo áp suất trên vệ tinh có thể cảm nhận được một trận đấu sáng trên Trái đất, điện kế trở nên nhạy hơn vài nghìn lần; trong các bộ cộng hưởng Q cực cao, các dao động của trường điện từ dường như được bảo toàn, vì chúng không phân rã trong một thời gian cực kỳ dài.

Bây giờ là lúc để xem xét toàn bộ phần điện của ngành công nghiệp năng lượng để hiểu làm thế nào sự tán xạ của các thiết bị siêu dẫn có thể tạo ra hiệu quả kinh tế tổng thể. Các chất siêu dẫn có thể tăng công suất đơn vị của các đơn vị năng lượng, năng lượng điện áp cao có thể dần dần biến thành đa ampe, thay vì bốn hoặc sáu lần chuyển đổi điện áp giữa nhà máy điện và người tiêu dùng, nó thực sự nói về một hoặc hai biến đổi với một mạch đơn giản và rẻ hơn, hiệu suất tổng thể của mạng điện sẽ tăng lên. Nhưng đó không phải là tất cả.

Các hệ thống điện chắc chắn sẽ có một diện mạo khác khi các thiết bị lưu trữ năng lượng cảm ứng siêu dẫn (SPIN) được sử dụng trong chúng! Thực tế là trong số tất cả các ngành công nghiệp, chỉ trong lĩnh vực năng lượng không có kho: nhiệt và điện được tạo ra không có nơi nào để lưu trữ, chúng phải được tiêu thụ ngay lập tức. Một số hy vọng được liên kết với các chất siêu dẫn. Do không có điện trở trong chúng, dòng điện có thể lưu thông qua một mạch siêu dẫn kín trong một thời gian dài tùy ý mà không bị suy giảm cho đến khi người tiêu dùng lựa chọn. SPIN sẽ trở thành các yếu tố tự nhiên của mạng điện, nó chỉ còn để trang bị cho chúng bộ điều chỉnh, công tắc hoặc bộ chuyển đổi dòng điện hoặc tần số khi kết hợp với nguồn và người tiêu dùng điện.

Cường độ năng lượng của SPIN có thể rất khác nhau - từ 10 Mạnh5 (năng lượng của một danh mục đầu tư) đến 1 kWh (một khối 10 tấn rơi xuống từ một vách đá 40 mét) hoặc 10 triệu kWh! Một ổ đĩa mạnh mẽ như vậy nên có kích thước của một máy chạy bộ xung quanh sân bóng đá, giá của nó sẽ là 500 triệu đô la, và hiệu quả - 95%.Một nhà máy điện tích lũy tương đương sẽ rẻ hơn 20%, nhưng nó sẽ dành một phần ba công suất cho nhu cầu của nó! Việc bố trí chi phí của một SPIN như vậy mang tính hướng dẫn về các thành phần của nó: đối với tủ lạnh 2 ... 4%, đối với các bộ chuyển đổi hiện tại 10%, đối với cuộn dây siêu dẫn 15 ... 20%, đối với cách nhiệt của vùng lạnh 25%, và cho băng, ốc vít và miếng đệm - gần 50 %

Kể từ báo cáo của G.M. Krzhizhanovsky theo kế hoạch GOELRO tại Đại hội Xô viết toàn Nga lần thứ VIII đã hơn nửa thế kỷ trôi qua. Việc thực hiện kế hoạch này đã giúp tăng công suất của các nhà máy điện của đất nước từ 1 lên 200 ... 300 triệu kW. Bây giờ có một cơ hội cơ bản để tăng cường hệ thống năng lượng của đất nước vài chục lần, chuyển chúng sang thiết bị điện siêu dẫn và đơn giản hóa các nguyên tắc xây dựng các hệ thống như vậy.

Cơ sở của năng lượng vào đầu thế kỷ 21 có thể là các trạm hạt nhân và nhiệt hạch với máy phát điện cực mạnh. Điện trường được tạo ra bởi nam châm điện siêu dẫn, những dòng sông mạnh mẽ có thể chảy qua các đường dây điện siêu dẫn đến kho dự trữ năng lượng siêu dẫn, từ đó chúng sẽ được người tiêu dùng lựa chọn khi cần thiết. Các nhà máy điện sẽ có thể tạo ra năng lượng đồng đều, cả ngày lẫn đêm, và việc giải phóng chúng khỏi các chế độ theo kế hoạch sẽ làm tăng hiệu quả và tuổi thọ của các đơn vị chính.

Bạn có thể thêm các trạm năng lượng mặt trời vào các nhà máy điện mặt đất. Lướt qua các điểm cố định của hành tinh, họ sẽ phải chuyển đổi các tia mặt trời thành bức xạ điện từ sóng ngắn để gửi các luồng năng lượng tập trung đến các bộ biến đổi trên mặt đất thành dòng điện công nghiệp. Tất cả các thiết bị điện của hệ thống điện không gian phải siêu dẫn, nếu không, tổn thất trong các dây dẫn của độ dẫn điện cuối cùng sẽ trở nên lớn không thể chấp nhận được.

Vladimir KARTSEV "Nam châm trong ba thiên niên kỷ"

Comments

[#1 Stas]

Đây là tương lai của năng lượng và SPIN là tương lai gần.