Чи зможуть технології з використанням надпровідників стати альтернативою для заміни традиційних ліній електропередавання?

 

По мірі переходу країн на більш чисту енергію, їх національні енергомережі мають бути розширені і модернізовані. У зв'язку з цим, німецькі дослідники вивчають можливість заміни стандартних силових кабелів більш ефективними зразками надпровідників в коротких перетинах мережі. В даний час в Німеччині реалізується програма Energiewende ( «Революція в енергетиці»). Ця федеральна програма спрямована на створення модернізованої енергосистеми, яка має економічні, соціальні та технологічні обгрунтування. Дослідницька група з Технологічного інституту Карлсруе (КІТ) працює з оператором мережі TenneT. Група тестує нові надпровідникові кабелі, які розроблені для поліпшення ефективності і потужності ліній електропередавання. Якщо нова конструкція надпровідника буде прийнята як більш ефективна, то лінії електропередавання в трифазній мережі можна проектувати з більш компактними розмірами. Загальна довжина німецької трансмісійної мережі становить близько 35 000 км. Федеральний уряд має намір розширити цю мережу ще на 5300 км. Нові лінії гарантують, що електрику з поновлюваних джерел енергії може доправити до будь-якої точки, де є потреба в електроенергії.

Рамкові вимоги також передбачають використання підземних силових кабелів поблизу міст і сіл. Експерти вважають, що часткова заміна старих типів кабелів новими системами з надпровідниками підвищить ефективність мережі. Відомо, що надпровідники витримують високі навантаження, займають менше місця і покращують магнітне екранування. З цією метою KIT і TenneT вивчили можливість реалізації конкретних концепцій для кабелю і його охолодження, розроблених для німецької енергомережі напругою 380 кВ. У їх дослідженні також будуть розглянуті екологічні та економічні проблеми. «Це значний технічний виклик, тому що технологія надпровідників ніколи не використовувалася раніше на такій напрузі», - пояснив професор КИТ Матіас Ноу, координатор проекту Kopernikus ENSURE. «За допомогою наших нових концепцій ми продемонстрували, що це технічно можливо». Кабель надпровідника, розроблений KIT, може пропускати 2300 мегават постійної потужності. Таке високе навантаження по струму відмінно підходить для підземної системи, тому що при цьому втрати енергії значно нижчі в порівнянні з наземною лінією або провідником на основі міді. Менеджер проекту TenneT Ханно Стойдж заявив, що технологія надпровідників також може виявитися корисною, коли мова йде про будівництво ліній електропередавання. Звичайна кабельна мережа має 12 трифазних мідних силових кабелів. Для системи на основі надпровідників необхідно тільки половина цієї кількості для передачі еквівалентної навантаження. Таким чином, оператори мережі можуть створювати більш тонкі лінії електропередач з використанням надпровідних матеріалів. Крім того, використання надпровідникового  кабелю компенсує потоки струму в електричному екранному шарі. Магнітне поле не виходить за межі кабелю, що забезпечує передачу енергії без електромагнітного випромінювання. Високотемпературні керамічні надпровідники також можуть працювати в більш спекотних умовах. 

Команда KIT-TenneT додала, що технологія кабелів надпровідників ще не вдосконалена. Необхідно ще скоротити час охолодження кабелю, необхідний для його ефективної роботи. Надпровідники прекрасно працюють при температурі нижче певного рівня. Як тільки кабель досягає цієї температури переходу, його електричний опір зникає, що дозволяє передавати елеткроенергію без втрат. Для більшості надпровідників потрібна температура переходу нижче 23 кельвінів (-418,27 градуса за Фаренгейтом). Однак в конструкції кабелю KIT використовуються високотемпературні керамічні надпровідники, які будуть працювати при температурах до 77 кельвінів (-321.07 градусів F). Цим кабелям буде потрібно набагато менше рідкого азотного холодоагенту, що призведе до зниження експлуатаційних витрат. «Після дослідження спочатку повинен бути виготовлений кабель, включаючи необхідні сполучні муфти і кінцеві з'єднання», - сказав Стойдж. «Потім його ще доведеться ретельно протестувати разом з системою охолодження».