По мере перехода государств на более чистую энергию, их национальные энергосети  должны быть расширены и модернизированы. В связи с этим, немецкие исследователи изучают возможность замены стандартных силовых кабелей гораздо более эффективными эквивалентами сверхпроводников в коротких сечениях сети. В настоящее время в Германии реализуется программа Energiewende («Революция в энергетике»). Эта федеральная программа направлена на создание модернизированной энергосистемы, которая имеет экономические, социальные и технологические обоснования. Исследовательская группа из Технологического института Карлсруэ (КИТ) работает с сетевым оператором TenneT. Они тестируют новые сверхпроводниковые кабели, которые разработаны для улучшения эффективнсти и мощности линий электропередач. Если новая конструкция сверхпроводника окажется успешной, линии электропередач в трехфазной сети можно проектировать с более компактными размерами. Общая длина немецкой трансмиссионной сети составляет около 35 000 км. Федеральное правительство намерено расширить эту сеть еще на 5300 км. Новые линии гарантируют, что электричество из возобновляемых источников энергии может достичь любой точки, где есть потребность в электроэнергии.

Рамочные требования предусматривают использование подземных силовых кабелей вблизи городов и деревень. Эксперты считают, что частичная замена старых типов кабелей новыми сверхпроводящими системами повысит эффективность сети. Известно, что сверхпроводники имеют высокие нагрузки, занимают меньше места и улучшают магнитное экранирование. С этой целью KIT и TenneT изучили возможность реализации конкретных концепций для кабеля и его охлаждения, разработанных для немецкой энергосети  напряжение 380 кВ. В их исследовании также будут рассмотрены экологические и экономические проблемы. «Это большой технический вызов, потому что технология сверхпроводников никогда не использовалась раньше на этом уровне напряжения», - объяснил профессор КИТ Матиас Ноу, координатор проекта Kopernikus ENSURE. «С помощью наших новых концепций мы продемонстрировали, что это технически возможно ». Кабель сверхпроводника, разработанный KIT, может пропускать 2300 мегаватт  постоянной мощности. Эта высокая токовая нагрузка отлично подходит для подземной системы, так как при этом потери энергии значительно ниже по сравнению с наземной линией или проводником на основе меди. Менеджер проекта TenneT Ханно Стойдж заявил, что технология сверхпроводников также может оказаться полезной, когда речь идет о строительстве линий электропередач. Обычная кабельная сеть имеет 12 трехфазных медных силовых кабелей. Для системы на основе сверхпроводников необходимо только половина этого количества для передачи эквивалентной нагрузки. Таким образом, операторы сети могут создавать гораздо более тонкие линии электропередач с использованием сверхпроводящих материалов. Кроме того, установка сверхпроводникового кабеля компенсирует токопотоки в электрическом экранном слое. Магнитное поле не выходит за пределы кабеля, что обеспечивает передачу энергии без электромагнитного излучения. Высокотемпературные керамические сверхпроводники также могут работать в более жарких условиях.

Команда KIT-TenneT добавила, что технология кабелей сверхпроводников еще не усовершенствована. Необходимо еще сократить время охлаждения кабеля, необходимое для его эффективной работы. Сверхпроводники прекрасно работают при температуре ниже определенного уровня. Как только кабель достигает этой температуры перехода, его электрическое сопротивление исчезает, что позволяет передавать элеткроэнергию без потерь. Для большинства сверхпроводников требуется температура перехода ниже 23 кельвинов (-418,27 градуса по Фаренгейту). Однако в конструкции кабеля KIT используются высокотемпературные керамические сверхпроводники, которые будут работать при температурах до 77 кельвинов (-321.07 градусов F). Этим кабелям потребуется гораздо меньше жидкого азотного хладагента, что приведет к снижению эксплуатационных расходов. «После исследования сначала должен быть изготовлен  кабель, включая необходимые соединительные муфты и концевые соединения», - сказал Стойдж. «Потом его еще придется тщательно протестировать вместе с системой охлаждения».

По материалам: power.news