Linjat kabllore DC superpërcjellëse me temperaturë të lartë janë një hap drejt rrjeteve inteligjente. Qeramika superpërcjellëse me temperaturë të lartë Futje superpërcjellëse ndërmjet nënstacioneve në zonat metropolitane

18.07.2023 izolim

Sot pashë këtë koment dhe diskutimin nën të. Duke pasur parasysh që sot isha në prodhimin e kabllove superpërçues, doja të fusja disa komente, por vetëm për lexim ... Si rezultat, vendosa të shkruaj një artikull të shkurtër për superpërçuesit me temperaturë të lartë.

Për të filluar, për çdo rast, dëshiroj të vërej se vetë termi "superpërçues me temperaturë të lartë" nënkupton superpërçues me një temperaturë kritike mbi 77 K (-196 ° C) - pika e vlimit të azotit të lëngshëm të lirë. Jo rrallë atyre u referohen edhe superpërcjellës me temperaturë kritike rreth 35 K. Kuprati i parë superpërçues La 2-x Ba x CuO 4 kishte një temperaturë të tillë (substanca me përbërje të ndryshueshme, pra x). Ato. Temperaturat "të larta" këtu janë ende shumë të ulëta.

Dy superpërçues me temperaturë të lartë, YBa 2 Cu 3 O 7-x (YBCO, Y123) dhe Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10+x (BSCCO, Bi-2223), kanë marrë shpërndarjen kryesore. Përdoren gjithashtu materiale të ngjashme me YBCO, në të cilat ittriumi zëvendësohet nga një element tjetër i tokës së rrallë, si gadolinium, emërtimi i tyre i përgjithshëm është ReBCO.
Prodhuar nga YBCO, dhe ReBCO të tjera, kanë një temperaturë kritike prej 90-95 K. Të prodhuara nga BSCCO, ato arrijnë një temperaturë kritike prej 108 K.

Përveç një temperature të lartë kritike, ReBCO dhe BSCCO karakterizohen nga vlera të mëdha të fushës magnetike kritike (në helium të lëngshëm, më shumë se 100 T) dhe rrymë kritike. Sidoqoftë, me këtë të fundit, gjithçka nuk është aq e thjeshtë ...

Në një superpërçues, elektronet nuk lëvizin në mënyrë të pavarur, por në çifte (çifte Cooper). Nëse duam që rryma të kalojë nga një superpërçues në tjetrin, atëherë hendeku midis tyre duhet të jetë më i vogël se madhësia karakteristike e këtij çifti. Për metalet dhe lidhjet, kjo madhësi është dhjetëra apo edhe qindra nanometra. Por në YBCO dhe BSCCO, është vetëm disa nanometra dhe fraksione të një nanometri, në varësi të drejtimit të lëvizjes. Edhe boshllëqet midis kokrrizave individuale të një polikristali rezultojnë të jenë një pengesë mjaft e dukshme, për të mos përmendur boshllëqet midis pjesëve individuale të një superpërçuesi. Si rezultat, qeramika superpërçuese, nëse nuk merren truke të veçanta, janë në gjendje të kalojnë vetëm një rrymë relativisht të vogël përmes tyre.

Mënyra më e lehtë për të zgjidhur problemin doli të ishte në BSCCO: kokrrat e saj natyrisht kanë skaje të njëtrajtshme, dhe ngjeshja mekanike më e thjeshtë lejon që këto kokrra të porositen për të marrë një vlerë të lartë të rrymës kritike. Kjo bëri të mundur krijimin e shpejtë dhe të lehtë të gjeneratës së parë të kabllove superpërcjellëse me temperaturë të lartë, ose më saktë, shiritave superpërçues me temperaturë të lartë. Ato janë një matricë argjendi që përmban shumë tuba të hollë të mbushur me BSCCO. Kjo matricë është e rrafshuar, ndërsa kokrrat e superpërçuesit marrin rendin e dëshiruar. Ne marrim një shirit të hollë fleksibël që përmban shumë fije të veçanta të sheshta superpërcjellëse.

Mjerisht, materiali BSCCO është larg idealit: rryma e tij kritike bie shumë shpejt me një rritje të fushës magnetike të jashtme. Fusha e saj magnetike kritike është mjaft e madhe, por shumë kohë përpara se të arrihet ky kufi, ajo humbet aftësinë për të kaluar çdo rrymë të madhe. Kjo kufizoi shumë përdorimin e shiritave superpërcjellës me temperaturë të lartë; ato nuk mund të zëvendësonin lidhjet e vjetra të mira të niobium-titanit dhe niobium-kallajit që vepronin në helium të lëngshëm.

ReBCO është një çështje krejtësisht tjetër. Por është shumë e vështirë të krijosh orientimin e saktë të kokrrave në të. Vetëm relativisht kohët e fundit ata kanë mësuar se si të bëjnë shirita superpërçues bazuar në këtë material. Shirita të tillë, të quajtur gjenerata e dytë, përftohen duke spërkatur një material superpërçues në një substrat që ka një strukturë të veçantë që përcakton drejtimin e rritjes së kristalit. Tekstura, siç mund ta merrni me mend, ka përmasa nanometërsh, kështu që kjo është nanoteknologji e vërtetë. Në kompaninë e Moskës "SuperOx", në të cilën unë në të vërtetë isha, për të marrë një strukturë të tillë, pesë shtresa të ndërmjetme vendosen në një substrat metalik, njëra prej të cilave spërkatet njëkohësisht me një rrymë jonesh të shpejta që bien në një kënd të caktuar. Si rezultat, kristalet e kësaj shtrese rriten vetëm në një drejtim, në të cilin është më e vështirë për jonet t'i spërkasin ato. Prodhuesit e tjerë, dhe ka katër prej tyre në botë, mund të përdorin teknologji të tjera. Nga rruga, kasetat shtëpiake përdorin gadolinium në vend të ittriumit, doli të ishte më i avancuar teknologjikisht.

Shiritat superpërcjellës të gjeneratës së dytë 12 mm të gjera dhe 0,1 mm të trasha në azot të lëngshëm në mungesë të një fushe magnetike të jashtme kalojnë rrymë deri në 500 A. Në një fushë magnetike të jashtme prej 1 T, rryma kritike ende arrin 100 A, dhe në 5 T - deri në 5 A Nëse e ftohni shiritin në temperaturën e hidrogjenit të lëngshëm (lidhjet e niobiumit në këtë temperaturë as nuk kalojnë në gjendjen superpërcjellëse), atëherë i njëjti shirit do të jetë në gjendje të kalojë 500 A në një fushë prej 8 T, dhe "disa" 200-300 A - në një fushë të nivelit të disa dhjetëra Tesla (bretkosa fluturon). Nuk ka nevojë të flasim për helium të lëngshëm: ka projekte magnetësh në këto kaseta me një fushë prej 100 T! Vërtetë, këtu problemi i forcës mekanike lind tashmë në rritje të plotë: fusha magnetike gjithmonë tenton të thyejë elektromagnetin, por kur kjo fushë arrin dhjetëra Tesla, aspiratat e saj realizohen lehtësisht ...

Sidoqoftë, të gjitha këto teknologji të shkëlqyera nuk e zgjidhin problemin e lidhjes së dy pjesëve të një superpërçuesi: megjithëse kristalet janë të orientuar në të njëjtin drejtim, nuk bëhet fjalë për lustrimin e sipërfaqes së jashtme deri në vrazhdësi nën nanometër. Koreanët kanë teknologjinë e shkrirjes së shiritave individualë me njëri-tjetrin, por ajo është ende, për ta thënë butë, larg nga e përsosura. Në mënyrë tipike, shiritat lidhen me njëri-tjetrin me saldim konvencional me saldim konvencional me plumb kallaji ose në një mënyrë tjetër klasike. Sigurisht, në këtë rast, një rezistencë e kufizuar shfaqet në kontakt, kështu që është e pamundur të krijohet një magnet superpërçues nga kaseta të tilla që nuk kërkon energji për shumë vite, dhe vetëm një linjë elektrike me humbje saktësisht zero nuk funksionon. Por rezistenca e kontaktit është fraksione të vogla të një mikroom, kështu që edhe në rrymë 500 A lëshohen vetëm fraksione të një milivat.

Sigurisht, në një artikull të shkencës popullore, lexuesi kërkon më shumë argëtim ... Këtu janë disa video të eksperimenteve të mia me një shirit superpërçues me temperaturë të lartë të gjeneratës së dytë:

Videon e fundit e regjistrova nën përshtypjen e një komenti në YouTube, në të cilin autori argumentonte se superpërçueshmëria nuk ekziston, dhe levitimi i një magneti është një efekt krejtësisht i pavarur, i ftoi të gjithë të verifikojnë se ai kishte të drejtë duke matur drejtpërdrejt rezistencën. . Siç mund ta shihni, superpërçueshmëria ende ekziston.

Fenomeni i superpërçueshmërisë në temperaturë të lartë (HTSC) ishte me interes vetëm për shkencëtarët jo shumë kohë më parë. Sidoqoftë, sot produktet tregtare fitimprurëse të bazuara në HTSC, përfshirë ato ruse, po hyjnë në tregun e pajisjeve të energjisë elektrike. HTSC mund të bëjë një përparim në teknologjitë e transmetimit të energjisë.

HTS aspak e nxehtë

Në fillim të shekullit të njëzetë, u zbulua se një numër i metaleve dhe lidhjeve karakterizohen nga superpërçueshmëria, domethënë aftësia për të patur rezistencë zero në një temperaturë afër zeros absolute (rreth -270 ° C). Për një kohë të gjatë, superpërçuesit mund të përdoreshin vetëm në temperaturën e heliumit të lëngshëm, gjë që bëri të mundur krijimin e pajisjeve përshpejtues. dhe rezonancë magnetike tomografi.

Në vitin 1986, superpërçueshmëria u zbulua në një temperaturë prej rreth 30 K, e cila u nderua me çmimin Nobel, dhe në fillim të viteve 1990. ishte e mundur të arrihet superpërçueshmëri tashmë në 138 K, dhe jo metalet, por komponimet okside u përdorën si një superpërçues.
Materialet qeramike që kanë rezistencë zero në temperatura mbi temperaturën e azotit të lëngshëm (77K) quhen superpërçues me temperaturë të lartë (HTSC). Sidoqoftë, nëse i kthejmë Kelvinët në gradë Celsius, të cilat janë më të njohura për ne, do të kuptojmë se po flasim për temperatura jo shumë të larta, të themi, rreth minus 169–200 ° С. Edhe dimri i ashpër rus nuk është në gjendje të sigurojë kushte të tilla.

Mendjet e studiuesve janë të ngazëllyer nga ideja e gjetjes së materialeve që mund të shkojnë në superpërçues gjendje në temperaturën e dhomës (293K). Teorikisht, një mundësi e tillë ekziston. Sipas disa raporteve, pronat superpërcjellëse dyshohet se arritën të fiksoheshin edhe në kokrra individuale të grafitit pas përpunimit special. Deri më sot, kërkimi i superpërçuesve "temperatura e dhomës" (RTSC) konsiderohet si një nga detyrat kryesore kërkimore në fushën e nanoteknologjisë. Sidoqoftë, jo vetëm aplikimi praktik, por edhe konfirmimi i besueshëm eksperimental i RTFT mbetet një çështje e nesërme. Industria e sotme e energjisë elektrike po zotëron përdorimin e HTSC.

Pajisjet e bazuara në superpërçueshmëri në temperaturë të lartë kërkojnë ftohje me azot të lëngshëm. Sipas ekspertëve të industrisë, ky është një ftohës relativisht i lirë dhe i përshtatshëm që siguron një temperaturë prej 77K dhe ju lejon të zbatoni projekte praktike.

Përfitimet e superpërçueshmërisë

Superpërcjellshmëria mund të përdoret (dhe tashmë po përdoret) në fusha të ndryshme. Fillimisht u përdor në krijimin e magneteve me fusha të larta. Me ndihmën e superpërçuesve, mund të sigurohet levitacion magnetik, duke lejuar që trenat me shpejtësi të lartë të lëvizin pa probleme, pa zhurmë dhe fërkime. Po krijohen motorë elektrikë HTSC për anijet dhe industrisë të cilat kanë parametra dukshëm më të vegjël të peshës dhe madhësisë me fuqi të barabartë. Superpërcjellshmëria është me interes nga pikëpamja e mikroelektronikës dhe teknologjisë kompjuterike. Superpërcjellësit me temperaturë të ulët përdoren në pajisjet diagnostikuese mjekësore (tomografë), madje edhe në projekte të tilla ekzotike të "megashkencës" si Përplasësi i Madh i Hadronit dhe Reaktori Ndërkombëtar Termonuklear.

Shpresat lidhen me superpërcjellshmërinë e temperaturës së lartë për tejkalimin e dilemës globale të energjisë që lidhet, nga njëra anë, me një rritje të vazhdueshme të konsumit të energjisë në të tashmen dhe të ardhmen, dhe nga ana tjetër, me nevojën të reduktojë në mënyrë drastike emetimet e karbonit për të parandaluar ndryshimet klimatike. Në fund të fundit, në fakt, HTSC nxjerr pajisjet e zakonshme për gjenerimin dhe transmetimin e energjisë elektrike në thelb një nivel i ri për sa i përket efikasitetit.

Një nga aplikimet më të dukshme të superpërçuesve është në transmetimin e energjisë elektrike. Kabllot HTSC mund të transmetojnë fuqi të konsiderueshme me një seksion kryq minimal, d.m.th., ato kanë një gjerësi brezi të një rendi të ndryshëm nga kabllot tradicionale. Kur rryma kalon nëpër një superpërçues, nuk gjenerohet nxehtësi dhe praktikisht nuk ka humbje, domethënë zgjidhet problemi kryesor i rrjeteve të shpërndarjes.

Gjeneratorët falë mbështjelljes nga superpërcjellja materialet që ofrojnë fusha të mëdha magnetike bëhen shumë më të fuqishme. Për shembull, koncerni Siemens ka ndërtuar tre gjeneratorë HTSC me një kapacitet deri në 4 MW. Makina është gjysmë e lehtë dhe më e vogël se një gjenerator konvencional me të njëjtën fuqi. Gjithashtu, gjeneratori HTS tregoi qëndrueshmëri më të madhe të tensionit gjatë ndryshimeve të ngarkesës dhe karakteristika më të larta për sa i përket konsumit të energjisë reaktive.

Sot, bota po zhvillon në mënyrë aktive turbinat me erë të bazuara në superpërçueshmëri me temperaturë të lartë. Duke përdorur Mbështjelljet HTSC Është realiste të krijohen gjeneratorë HTSC me një kapacitet 10 MW, të cilët do të jenë 2–4 herë më të lehta se ato konvencionale.

Një fushë premtuese për përdorimin e gjerë të superpërçuesve është ruajtja e energjisë, roli i së cilës është i madh edhe në drejtim të zhvillimit të sistemeve moderne të energjisë duke përdorur burime të rinovueshme të energjisë. Edhe pajisjet elektrike të njohura, si transformatorët, fitojnë karakteristika cilësore të reja falë HTSC.

Superpërçueshmëria ju lejon të krijoni pajisje të tilla të pazakonta si kufizuesit e rrymës së qarkut të shkurtër, të cilët kufizojnë plotësisht rrymën gjatë një qarku të shkurtër. dhe automatikisht ndizet kur hiqet qarku i shkurtër.

Shirit i gjeneratës së dytë

Cila nga këto ide premtuese është vënë tashmë në praktikë dhe me përpjekjet e kujt? Para së gjithash, duhet të theksohet se superpërçuesit me temperaturë të lartë të gjeneratës së parë dhe të dytë (HTSC-1 dhe HTSC-2) janë aktualisht në treg. Për sa i përket vëllimit të produkteve të prodhuara deri më tani, HTSC-1 fiton deri më tani, por është e qartë për ekspertët se e ardhmja përtej superpërçuesve gjenerata e dytë. Kjo për faktin se në hartimin e superpërçuesve HTSC-2, më shumë se 70% është një matricë e bërë prej argjendi.

Një nga kompanitë kryesore ruse që punon në temën e superpërçuesve të gjeneratës së dytë është CJSC SuperOx. Filloi brenda mureve të Universitetit Shtetëror të Moskës me emrin Lomonosov, ku grupi shkencor i Fakultetit të Kimisë punoi në teknologjinë e depozitimit të filmave të hollë të superpërçuesve. Në vitin 2006, bazuar në njohuritë e akumuluara, filloi një projekt tregtar për të krijuar një prodhim vendas të telave HTSC të gjeneratës së dytë.

Në vitin 2011, zona e interesit të SuperOx u zgjerua përmes bashkëpunimit të ngushtë me SuperOx Japan LLC të sapokrijuar. U krijua një linjë pilot prodhimi për të prodhuar tela HTSC me një rrymë kritike deri në 500 A/cm të gjerë. Që nga viti 2011, SuperOx-Innovations është gjithashtu banore në Skolkovo, ku kryen kërkime të aplikuara që synojnë optimizimin e karakteristikave teknike të shiritave HTSC të gjeneratës së dytë dhe zhvillon teknologji të ndryshme për prodhimin e këtyre materialeve. Në vitin 2013, prodhimi i shiritit HTSP-2 filloi në parkun industrial të Moskës Slava.

"Produkti ynë, shiriti superpërçues i gjeneratës së dytë, është një substrat i bërë nga çelik inox special rezistent ndaj temperaturave të larta, i cili më pas nuk i humbet vetitë e tij mekanike kur aplikohen filma të hollë," thotë Vadim Amelichev, një specialist kryesor në SuperOx CJSC. - Me metoda speciale, në këtë nënshtresë aplikohen shtresa oksidi tampon dhe si shtresë funksionale aplikohet një film me kuprat gadolinium-barium. Më pas kjo strukturë mbulohet me shtresa të holla argjendi ose bakri dhe në këtë formë përdoret në superpërçueshmëri pajisje.

Me një trashësi filmi prej vetëm një ose dy mikronësh, një material i tillë ka një kapacitet mbajtës të rrymës prej rreth 500 A për 1 mm² seksion kryq, domethënë qindra herë më i madh se ai i një kabllo bakri konvencional. Prandaj, një shirit i tillë është ideal për aplikacionet ku kërkohet rrymë e lartë. Kabllot për rryma të larta, magnet për fusha të mëdha - fusha kryesore e aplikimit.

SuperOx ka një cikël të plotë prodhimi për shiritin HTSP-2. Në vitin 2012, filluan shitjet e këtij produkti inovativ, dhe tani materiali furnizohet jo vetëm në Rusi, por dhe eksportohen në nëntë vende, duke përfshirë Bashkimin Evropian, Japoninë, Tajvanin dhe Zelandën e Re.
"Nuk ka shumë prodhues të shiritit HTSC-2 në botë," shpjegon Vadim Amelichev. - Janë dy firma amerikane, kompani në Korenë e Jugut dhe Japoni. Në Evropë, përveç nesh, askush nuk prodhon një shirit të tillë në shkallë industriale. Shiriti ynë është testuar në shumë qendra kërkimore dhe ka konfirmuar konkurrencën karakteristikat e tij”.

Zhvilloni një industri të re

“Përkundër faktit se superpërcjellshmëria me temperaturë të lartë është shfaqur mjaft kohët e fundit, çështjet e aplikimit të saj në teknologji po studiohen intensivisht. në teknologji vendet e zhvilluara të botës, - thotë Viktor Pantsyrny, Doktor i Shkencave Teknike, anëtar i plotë i AES të Federatës Ruse, Drejtor Zhvillimi i Superpërcjellësit Rus SHA, - Në vendin tonë, në kuadër të Komisionit nën Presidentin e Federatës Ruse. Federata për Modernizim dhe teknologjike Zhvillimi i ekonomisë ruse, projekti "Industria e Superpërçuesve" u iniciua si pjesë e projektit "Energjia Inovative" në fushën prioritare "Efiçenca e Energjisë".

Ky projekt në fushën e industrisë së superpërçuesve koordinohet nga kompania ruse Superconductor, e krijuar nga Korporata Shtetërore Rosatom. Gjatë periudhës pesëvjeçare nga 2011 deri në 2015, është planifikuar të krijohen teknologji konkurruese për prodhimin e superpërçuesve të gjeneratës së dytë me temperaturë të lartë, prodhimin pilot të telave me shirit HTSC-2 me gjatësi të gjatë (deri në 1000 m), dhe gjithashtu. zhvillimi i prototipave të pajisjeve të bazuara në telat HTSC-2 për industrinë e energjisë elektrike. Këta janë gjeneratorët Kufizues të fuqisë dhe rrymës së lartë (COT) dhe ruajtjes së energjisë kinetike (KNE), si dhe priza të fuqishme të rrymës për sistemet magnetike, ruajtjen e energjisë induktive (SPIN), transformatorët, motorët elektrikë me fuqi të lartë.

Që nga viti 2016, është planifikuar të nisë prodhimi masiv i telave HTSC-2 dhe një numri pajisjesh të bazuara në to. Rreth 30 organizata janë të përfshira në punën e këtij projekti, duke përfshirë universitete, qendra kërkimore akademike dhe të industrisë, zyrat e projektimit dhe organizatat industriale, në veçanti VNIINM SHA, NIIEFA SHA, NIITFA SHA, GIREDMET SHA, SHA NIFHI, SHA TVEL, SHA Tochmash dhe jashtë saj, në Qendrën Kombëtare të Kërkimeve "Instituti Kurchatov", ENIN ato. Krzhizhanovsky, Institucioni Arsimor Buxhetor Federal i Shtetit MAI, NRNU MEPhI, GUAP, OJSC Rosseti, OJSC NTC FGC UES, CJSC SuperOks, OJSC VNIIKP, OJSC NIIEM, OKB Yakor, etj.

"Strukturisht, projekti përbëhet nga nëntë detyra të kryera paralelisht," shpjegon Viktor Pantsyrny. - Nga viti 2011 deri në 2013 arriti të krijojë modelet e para të funksionimit vendas të makinave superpërcjellëse - një motor dhe gjenerator 50 kW, një pajisje për ruajtjen e energjisë kinetike 0,5 MJ, një kufizues të rrymës së qarkut të shkurtër superpërcjellës 3,5 MW për rrjetet e energjisë me një tension prej 3,5 kV, një superpërçues 10 kVA transformator, kapa rryme per sisteme magnetike, rryme kaluese 1500A.

Gjithashtu, janë krijuar bazat e teknologjisë për prodhimin tërësisht vendas të telave me shirit HTSC-2, duke filluar nga lëndët e para dhe duke përfunduar me metodat e kontrollit të produkteve të gatshme. U gjetën zgjidhjet kryesore teknologjike, të cilat bënë të mundur që të vazhdohet me krijimin e prototipeve në shkallë të plotë të pajisjeve të energjisë. Kështu, puna për krijimin e një motori 200 kW aktualisht është duke përfunduar.

Falë përdorimit të mbështjelljeve HTSC-2, një motor i tillë, kur instalohet, në një makinë elektrike(autobus elektrik) do të rrisë kilometrazhin me 15-20% ndërmjet rimbushjes së baterive. Është prodhuar dhe po përgatitet për testim në rrjetin e transportit hekurudhor, një kufizues i rrymës së qarkut të shkurtër superpërcjellës me fuqi më shumë se 7 MVA. Është drejt përfundimit prodhimi i një gjeneratori me kapacitet 1 MVA, premtues për përdorim në termocentralet me erë.
Bazuar në teknologjitë unike të Rosatom, po krijohet një pajisje për ruajtjen e energjisë kinetike me superpërcjellës pezullim volant, i cili ka një intensitet energjie prej më shumë se 7 MJ. Duhet të theksohet zhvillimi i një pajisjeje të ruajtjes së energjisë induktive e aftë për të dhënë energji të akumuluar deri në disa MJ në një kohë jashtëzakonisht të shkurtër. Në fazën përfundimtare janë edhe punimet për krijimin e një transformatori superpërcjellës me kapacitet 1000 kVA.

“Përveç kësaj, rezultatet më të rëndësishme të projektit do të jenë krijimi i një eksperimenti të fuqishëm dhe teknologjike bazën, si dhe formimin e ekipeve të specialistëve shumë të kualifikuar në fushën e teknologjive superpërcjellëse, - përfundon Viktor Pantsyrny. - Këtë vit, në Institutin e Qendrës Kombëtare të Kërkimit Kurchatov do të fillojë të funksionojë një linjë komplekse prodhimi dhe kërkimi për prodhimin e superpërçuesve të shiritit HTSC-2 me anë të ablacionit lazer. Linja do të bëhet një mjet për zhvillimin e shkencës dhe teknologjisë së materialeve HTSC, duke përdorur në masën maksimale infrastrukturën e fuqishme shkencore të Qendrës Kurchatov NBICS. Kjo do të bëjë të mundur zhvillimin intensiv të një fushe premtuese të teknologjisë së lartë udhëheqëse drejt komercializimit teknologjitë superpërcjellëse”.

kabllot AC

Është e pamundur të mos tregohet për projektin rus për të krijuar një kabllo superpërcjellëse 200 m të gjatë. SHA "Energjia institut ato. G.M. Krzhizhanovsky"(ENIN), SHA "Gjithë-ruse Instituti Kërkimor i Industrisë së Kabllit (VNIIKP), Instituti i Aviacionit në Moskë dhe Industria e Energjisë Elektrike OAO NTC. Zhvillimi filloi në 2005, në 2009 u krijua një prototip, i cili u testua me sukses në një vend testimi unik të krijuar posaçërisht.

Përparësitë kryesore të kabllos HTSC janë ngarkesa e lartë aktuale, humbjet e ulëta, mirëdashja mjedisore dhe siguria nga zjarri. Për më tepër, kur transmetohet fuqi e lartë mbi një kabllo të tillë me një tension prej 10-20 kV, nënstacionet e ndërmjetme nuk kërkohen.

Kablloja HTSC është një strukturë komplekse me shumë shtresa. Elementi mbajtës qendror është bërë në formën e një spirale inox të rrethuar nga një tufë bakri dhe tela çeliku inox të mbështjellë me shirit bakri. Mbi elementin qendror vendosen dy shtresa shiritash superpërcjellës, dhe sipër vendoset izolimi i tensionit të lartë. Kjo pasohet nga aplikimi i një ekrani superpërçues, shtresave të shiritave fleksibël të bakrit të mbështjellë me shirit inox. Çdo bërthamë kabllor tërhiqet në kriostatin e vet fleksibël 200 m të gjatë.

Krijimi i këtij dizajni me shumë komponentë është i ndërlikuar nga fakti se shiriti HTSC është jashtëzakonisht i ndjeshëm.Pjesa kryesore e operacioneve teknologjike është kryer në bazë të OAO VNIIKP. Sidoqoftë, për prodhimin e izolimit të tensionit të lartë, kablloja u soll në qytetin e Perm në fabrikën e kabllove Kamsky.

"Për kabllon HTSC, ne kryem operacionin e aplikimit të izolimit të letrës," thotë Alexander Azanov, Zëvendës Kryeteknolog i Kamsky Cable LLC. - Janë përdorur pajisje unike, të cilat më parë janë përdorur për prodhimin e kabllove të tensionit të lartë të mbushur me vaj. Kjo është arsyeja pse ata nuk kursyen asnjë burim për dërgimin e produktit gjysëm të gatshëm nga Moska në Perm dhe mbrapa. Dhe, mendoj se për momentin, për prodhimin e kabllove të tilla speciale, këshillohet përdorimi i pajisjeve unike të instaluara në fabrika të ndryshme sesa të organizohet prodhimi në një vend.

Në të ardhmen e afërt, organizimi i prodhimit masiv të këtij kablli në fabrikën tonë ose në ndonjë fabrikë tjetër nuk ka gjasa, pasi instalimi i linjave me superpërçues prodhohet jashtëzakonisht rrallë dhe në gjatësi shumë të shkurtra (jo më shumë se 1 km). Arsyeja kryesore për këtë është kostoja e kabllove HTSC dhe mirëmbajtja e tyre (kërkohet që vazhdimisht të pompohet azot i lëngshëm përmes kabllit).

kabllot DC

Deri më sot, zhvillimet në fushën e krijimit të kabllove HTSC vazhdojnë. SHA FGC UES dhe SHA NTC FGC UES po kryejnë R&D të përbashkët "Krijimi i një linje kabllore DC superpërcjellëse me temperaturë të lartë për një tension 20 kV me një rrymë 2500 A, deri në 2500 m gjatësi". Prototipi i parë i sistemit të ardhshëm inovativ të transmetimit të energjisë - dy copa kabllo bipolare HTSC 30 m secila, e zhvilluar në STC FGC UES dhe e prodhuar në uzinën Irkutskkabel - kaloi me sukses aktualin dhe tension të lartë gjykimet në 2013

Në nëntor 2014, u testua një grup pajisjesh konvertues për transmetim inovativ të energjisë elektrike me një kapacitet prej 50 MW. duke përdorur kabllo superpërcjellëse disa qindra metra e gjatë. Përdorimi i kabllit HTSC për furnizimin me energji elektrike të qyteteve të mëdha do të bëjë të mundur arritjen e një reduktimi të zonave të ndarjes së tokës, refuzimin nga ndërtimi linjat ajrore dhe zvogëlojnë humbjet e energjisë.

Qendra e R&D e FGC UES vëren se një linjë kabllore DC e bazuar në HTSC ka një sërë avantazhesh në krahasim me një linjë AC. Ai jo vetëm që ju lejon të transmetoni energji me humbje minimale, por gjithashtu kufizoni rrymat e qarkut të shkurtër, rregulloni fuqinë reaktive, kontrolloni rrjedhat e fuqisë dhe siguroni kthimin e saj.

"Është bukur të kuptosh se zhvilluesit rusë të kabllove HTSC janë në ballë," thotë Vitaly Vysotsky, Doktor i Shkencave Teknike, Akademik i AES të Federatës Ruse, Drejtor i Shkencës - Drejtor. departamenti i telave dhe kabllove superpërcjellës të SHA "VNIIKP". - Për shembull, kablloja 200 m ishte më e madhja në Evropë në vitet 2009-2013, dhe vetëm në vitin 2014 u instalua një kabllo 1 km në Gjermani. Por ky rekord do të thyhet edhe me testimin e një kabllo 2.5 km për Shën Petersburg”.

Nga mbështetja e shtetit tek investimet private

Ekspertët parashikojnë një zhvillim mjaft aktiv të tregut botëror dhe rus të superpërçuesve. Kështu, Andrei Vavilov, Kryetar i Bordit të Drejtorëve të CJSC SuperOx, vëren se vëllimi i tregut global HTSC po dyfishohet çdo vit dhe do të arrijë në 1 miliard dollarë në 2017, ndërsa pjesa e Rusisë në tregun global mund të vlerësohet në rreth 10%. .

"Tregu i superpërçueshmërisë për industrinë e energjisë elektrike duhet të zhvillohet, pasi dendësia e konsumit të energjisë po rritet vazhdimisht dhe është e pamundur të mbështeten kërkesat në rritje pa superpërçueshmëri," është i sigurt Vitaly Vysotsky. - Megjithatë, inxhinierët e energjisë janë shumë konservatorë në lidhje me gjithçka të re, madje edhe dhe të kushtueshme. Prandaj, për momentin, detyrë kryesore është ende promovimi i projekteve të reja me mbështetjen e organizatave shtetërore. Kjo do të vërtetojë besueshmërinë dhe efikasitetin e pajisjeve superpërcjellëse. Shfaqja e projekteve të reja do të shkaktojë kërkesë për prodhimin e shiritave HTSC, do të rrisë prodhimin e tyre dhe do të ulë çmimet, gjë që do të ndihmojë përsëri në zhvillimin e tregut.”

“Në këtë fazë, një zgjidhje gjithëpërfshirëse e të gjitha detyrave të vendosura është e pamundur pa ndihmën gjithëpërfshirëse të shtetit, por atraktiviteti i investimeve të teknologjisë HTSC po rritet çdo vit, gjë që bën të mundur që të pritet një fluks investimesh private në tregtinë e saj të mëtejshme. zhvillim me një shkallë të lartë besimi,” pajtohet me kolegun e tij Viktor Pantsyrny.
Ekspertët janë të kënaqur që në përgjithësi, në nivel shtetëror, ekziston një kuptim i rëndësisë së teknologjive superpërcjellëse.
“Zhvillimi i industrisë së superpërçuesve është i një rëndësie kombëtare dhe është një pjesë e rëndësishme e tranzicionit te novatore rrugën e zhvillimit të ekonomisë së vendit. Kjo u deklarua së fundmi në një takim të zgjeruar të Këshillit Këshillimor nën kryetarin e Komitetit të Energjisë të Dumës Shtetërore të Asamblesë Federale të Federatës Ruse, ku, në veçanti, u vu re se për të siguruar pavarësinë ekonomike dhe politike të Rusisë , është strategjikisht e nevojshme që të ketë prodhim vendas të ulët dhe temperaturë të lartë materiale superpërcjellëse, pajisje superpërcjellëse dhe produkte të bazuara në to”, thotë Viktor Pantsyrny.

Planet e ardhshme

Ne i kërkuam ekspertëve të vlerësojnë se cilat aplikacione të superpërçueshmërisë i shohin si më premtuesit dhe ku mund të presin përdorimin komercial të teknologjisë në vitet e ardhshme.

“Ashtu si në të gjithë botën, sot në Rusi projektet e kabllove superpërcjellëse janë më të avancuara. Ata duhet dhe, ne shpresojmë, do të zhvillohen, - thotë Vitaly Vysotsky. - Kabllot superpërçues të bazuar në HTSC janë tashmë një produkt thjesht komercial, megjithëse janë ende mjaft të shtrenjtë. Do të bëhet më e lirë kur të fillojë prezantimi i saj i gjerë dhe të kërkohet një sasi e konsiderueshme kasetash HTS, gjë që do të ulë koston prodhimin e tyre.

Megjithatë, për mendimin tim, më e nevojshme dhe në kërkesë për industrinë e energjisë elektrike janë kufizuesit e rrymës së qarkut të shkurtër superpërcjellës për nivelet e tensionit nga 100 kV e lart. Pajisjet konvencionale të kësaj klase të tensionit thjesht nuk ekzistojnë, dhe superpërçueshmëria është thjesht e domosdoshme këtu. Projekte të tilla tashmë po diskutohen në vendin tonë. Për më tepër, për mendimin tim, makinat HTSC për turbinat e erës kanë perspektiva të mira. Ata premtojnë një ulje të konsiderueshme (shumë herë) të peshës së një gjeneratori të vetëm dhe një rritje të një fuqie të vetme.

"Sot, shtytësi i zhvillimit të tregut të produkteve superpërcjellëse është industria e energjisë elektrike (kabllot e energjisë dhe kufizimet aktuale), - beson Andrey Vavilov. - Por në një sërë industrish të tjera ka potencial të konsiderueshëm. Për shembull, sot po zhvillohen opsione për përdorimin e telit HTSC si një zëvendësim efektiv për superpërçuesit me temperaturë të ulët në teknologjinë e përshpejtuesit të përdorur në shkencë, prodhimin e izotopeve dhe mjekësi. Rusia ka plane të mëdha në këtë fushë, në veçanti, ndërtimin e një përplasësi modern NICA në Dubna.

Krijimi i makinerive rrotulluese efikase me karakteristika tërheqëse unike, masë dhe peshë të ulët ka një potencial të madh. Motorë të tillë kërkohen kryesisht për të siguruar lëvizjen e anijeve të mëdha dhe mund të përdoren gjeneratorë në të rinovueshme energji.

Fenomeni i levitacionit magnetik hap perspektiva krejtësisht të reja sot. Këto nuk janë vetëm sisteme transporti, por edhe manipulues pa kontakt, si dhe kushineta të qëndrueshme me një gamë të gjerë aplikimesh.”

“Zhvillimi i mëtejshëm i superpërçueshmërisë në temperaturë të lartë do të ketë një efekt të theksuar shumëfishues jo vetëm në industrinë e energjisë elektrike, por edhe në industri të tjera si hapësirë, aviacion, detar, automobil dhe hekurudhor transporti, inxhinieria mekanike, metalurgjia, elektronika, mjekësia, teknologjia e përshpejtuesit. Teknologjitë e superpërçueshmërisë janë gjithashtu të rëndësishme për forcimin e aftësive mbrojtëse të vendit”, është i bindur Viktor Pantsyrny.

Me një fjalë, zhvillimi i mëtejshëm i teknologjive të bazuara në superpërçueshmëri hap perspektiva të mëdha për njerëzimin, dhe tashmë në të ardhmen e parashikueshme.

Superpërçuesi e çon Rusinë përpara

Fenomeni i superpërçueshmërisë në temperaturë të lartë (HTSC) ishte me interes vetëm për shkencëtarët jo shumë kohë më parë. Sidoqoftë, sot produktet tregtare fitimprurëse të bazuara në HTSC, përfshirë ato ruse, po hyjnë në tregun e pajisjeve të energjisë elektrike.

Materialet qeramike që kanë rezistencë zero në temperatura mbi temperaturën e azotit të lëngshëm (77K) quhen superpërçues me temperaturë të lartë (HTSC). Sidoqoftë, nëse i kthejmë Kelvinët në gradë Celsius, të cilat janë më të njohura për ne, do të kuptojmë se po flasim për temperatura jo shumë të larta, të themi, rreth minus 169–200 ° С. Edhe dimri i ashpër rus nuk është në gjendje të sigurojë kushte të tilla.
Mendjet e studiuesve janë të ngazëllyer nga ideja e gjetjes së materialeve që mund të kalojnë në gjendjen superpërçuese në temperaturën e dhomës (293K). Teorikisht, një mundësi e tillë ekziston. Sipas disa raporteve, pronat superpërcjellëse dyshohet se arritën të fiksoheshin edhe në kokrra individuale të grafitit pas përpunimit special. Deri më sot, kërkimi i superpërçuesve "temperatura e dhomës" (RTSC) konsiderohet si një nga detyrat kryesore kërkimore në fushën e nanoteknologjisë. Sidoqoftë, jo vetëm aplikimi praktik, por edhe konfirmimi i besueshëm eksperimental i RTFT mbetet një çështje e nesërme. Industria e sotme e energjisë elektrike po zotëron përdorimin e HTSC.

Përfitimet e superpërçueshmërisë

Superpërcjellshmëria mund të përdoret (dhe tashmë po përdoret) në fusha të ndryshme. Fillimisht u përdor në krijimin e magneteve me fusha të larta. Me ndihmën e superpërçuesve, mund të sigurohet levitacion magnetik, duke lejuar që trenat me shpejtësi të lartë të lëvizin pa probleme, pa zhurmë dhe fërkime. Po krijohen motorë elektrikë HTSC për anije dhe industri, të cilët kanë parametra dukshëm më të vegjël të peshës dhe madhësisë me fuqi të barabartë. Superpërcjellshmëria është interesante nga pikëpamja e mikroelektronikës dhe teknologjisë kompjuterike. Superpërcjellësit me temperaturë të ulët përdoren në pajisjet diagnostikuese mjekësore (tomografë), madje edhe në projekte të tilla ekzotike të "megashkencës" si Përplasësi i Madh i Hadronit dhe Reaktori Ndërkombëtar Termonuklear.

Me superpërcjellshmërinë me temperaturë të lartë, ka shpresa për tejkalimin e dilemës globale të energjisë që lidhet, nga njëra anë, me rritjen e vazhdueshme të konsumit të energjisë në të tashmen dhe të ardhmen, dhe, nga ana tjetër, me nevojën për të reduktuar rrënjësisht dioksidin e karbonit. emetimet për të parandaluar ndryshimet klimatike. Në fund të fundit, në fakt, HTSC sjell pajisjet e zakonshme për gjenerimin dhe transmetimin e energjisë elektrike në një nivel thelbësisht të ri për sa i përket efikasitetit.

Gjeneratorët, falë mbështjelljeve të materialeve superpërçuese që ofrojnë fusha të mëdha magnetike, bëhen shumë më të fuqishëm. Për shembull, koncerni Siemens ka ndërtuar tre gjeneratorë HTSC me një kapacitet deri në 4 MW. Makina është gjysmë e lehtë dhe më e vogël se një gjenerator konvencional me të njëjtën fuqi. Gjithashtu, gjeneratori HTS tregoi qëndrueshmëri më të madhe të tensionit gjatë ndryshimeve të ngarkesës dhe karakteristika më të larta për sa i përket konsumit të energjisë reaktive.

Sot, bota po zhvillon në mënyrë aktive turbinat me erë të bazuara në superpërçueshmëri me temperaturë të lartë. Kur përdorni mbështjelljet HTSC, është realiste të krijohen gjeneratorë HTSC me fuqi 10 MW, të cilat do të jenë 2-4 herë më të lehta se ato konvencionale.

Superpërçueshmëria ju lejon të krijoni pajisje të tilla të pazakonta si kufizuesit e rrymës së qarkut të shkurtër, të cilët kufizojnë plotësisht rrymën gjatë një qarku të shkurtër dhe ndizen automatikisht kur hiqet një qark i shkurtër.

Shirit i gjeneratës së dytë

Cila nga këto ide premtuese është vënë tashmë në praktikë dhe me përpjekjet e kujt? Para së gjithash, duhet të theksohet se superpërçuesit me temperaturë të lartë të gjeneratës së parë dhe të dytë (HTSC-1 dhe HTSC-2) janë aktualisht në treg. Për sa i përket vëllimit të produkteve të prodhuara deri më sot, HTSC-1 fiton, por për ekspertët është e qartë se e ardhmja i përket superpërçuesve të gjeneratës së dytë. Kjo për faktin se në hartimin e superpërçuesve HTSC-2, më shumë se 70% është një matricë e bërë prej argjendi.

"Produkti ynë, shiriti superpërçues i gjeneratës së dytë, është një substrat i bërë nga çelik inox special rezistent ndaj temperaturave të larta, i cili më pas nuk i humbet vetitë e tij mekanike kur aplikohen filma të hollë," thotë Vadim Amelichev, një specialist kryesor në SuperOx CJSC. - Me metoda speciale, në këtë nënshtresë aplikohen shtresa oksidi tampon dhe si shtresë funksionale aplikohet një film me kuprat gadolinium-barium. Kjo strukturë është e veshur më pas me shtresa të holla argjendi ose bakri dhe si e tillë përdoret në pajisjet superpërçuese.
Me një trashësi filmi prej vetëm një ose dy mikronësh, një material i tillë ka një kapacitet mbajtës të rrymës prej rreth 500 A për 1 mm² seksion kryq, domethënë qindra herë më i madh se ai i një kabllo bakri konvencional. Prandaj, një shirit i tillë është ideal për aplikacionet ku kërkohet rrymë e lartë. Kabllot për rryma të larta, magnet për fusha të mëdha - fusha kryesore e aplikimit.

SuperOx ka një cikël të plotë prodhimi për shiritin HTSP-2. Në vitin 2012 nisën shitjet e këtij produkti inovativ dhe tani materiali furnizohet jo vetëm në Rusi, por eksportohet edhe në nëntë vende, përfshirë Bashkimin Evropian, Japoninë, Tajvanin dhe Zelandën e Re.

"Nuk ka shumë prodhues të shiritit HTSC-2 në botë," shpjegon Vadim Amelichev. - Janë dy firma amerikane, kompani në Korenë e Jugut dhe Japoni. Në Evropë, përveç nesh, askush nuk prodhon një shirit të tillë në shkallë industriale. Shiriti ynë është testuar në shumë qendra kërkimore dhe ka konfirmuar performancën e tij konkurruese.”

Zhvilloni një industri të re

"Përkundër faktit se superpërçueshmëria me temperaturë të lartë është shfaqur mjaft kohët e fundit, çështjet e aplikimit të saj në teknologji studiohen intensivisht në vendet e zhvilluara teknologjikisht të botës," thotë Viktor Pantsyrny, Doktor i Shkencave Teknike, anëtar i plotë i AES të Rusisë. Federata, Drejtor i Zhvillimit të Superpërcjellësit Rus Sh.A., - Në vendin tonë, në kuadër të Komisionit nën Presidentin e Federatës Ruse për modernizimin dhe zhvillimin teknologjik të ekonomisë ruse, u iniciua projekti "Industria e Superpërçuesve" si pjesë e projekti “Energjia Inovative” në fushën prioritare “Efiçienca e Energjisë”.

Ky projekt në fushën e industrisë së superpërçuesve koordinohet nga kompania ruse Superconductor, e krijuar nga Korporata Shtetërore Rosatom. Gjatë periudhës pesëvjeçare nga 2011 deri në 2015, është planifikuar të krijohen teknologji konkurruese për prodhimin e superpërçuesve të gjeneratës së dytë me temperaturë të lartë, prodhimin pilot të telave me shirit HTSC-2 me gjatësi të gjatë (deri në 1000 m), dhe gjithashtu. zhvillimi i prototipave të pajisjeve të bazuara në telat HTSC-2 për industrinë e energjisë elektrike. Këta janë gjeneratorë me fuqi të lartë dhe kufizues të rrymës (COT) dhe pajisje të ruajtjes së energjisë kinetike (KNE), si dhe priza të fuqishme të rrymës për sistemet magnetike, pajisje të ruajtjes së energjisë induktive (SPIN), transformatorë, motorë elektrikë me fuqi të lartë.

Që nga viti 2016, është planifikuar të nisë prodhimi masiv i telave HTSC-2 dhe një numri pajisjesh të bazuara në to. Rreth 30 organizata janë të përfshira në punën e këtij projekti, duke përfshirë universitete, qendra kërkimore akademike dhe të industrisë, zyrat e projektimit dhe organizatat industriale, në veçanti VNIINM SHA, NIIEFA SHA, NIITFA SHA, GIREDMET SHA, SHA "NIFHI", Sh.A. TVEL, Sh.A. "Tochmash" dhe jashtë tij, në Qendrën Kombëtare të Kërkimeve "Instituti Kurchatov", me emrin ENIN. Krzhizhanovsky, FGBOU MAI, NRNU MEPhI, GUAP, SHA Rosseti, SHA NTC FGC UES, CJSC SuperOks, SHA VNIIKP, SHA NIIEM, OKB Yakor etj.

"Strukturisht, projekti përbëhet nga nëntë detyra të kryera paralelisht," shpjegon Viktor Pantsyrny. - Nga viti 2011 deri në 2013 arriti të krijojë modelet e para të funksionimit vendas të makinave superpërcjellëse - një motor dhe gjenerator 50 kW, një pajisje për ruajtjen e energjisë kinetike 0,5 MJ, një kufizues të rrymës së qarkut të shkurtër superpërcjellës 3,5 MW për rrjetet e energjisë me një tension prej 3,5 kV, një superpërçues 10 kVA transformator, kapa rryme per sisteme magnetike, rryme kaluese 1500A.

Gjithashtu, janë krijuar bazat e teknologjisë për prodhimin tërësisht vendas të telave me shirit HTSC-2, duke filluar nga lëndët e para dhe duke përfunduar me metodat e kontrollit të produkteve të gatshme. U gjetën zgjidhjet kryesore teknologjike, të cilat bënë të mundur që të vazhdohet me krijimin e prototipeve në shkallë të plotë të pajisjeve të energjisë. Kështu, puna për krijimin e një motori 200 kW aktualisht është duke përfunduar.

Falë përdorimit të mbështjelljeve HTSC-2, një motor i tillë, kur instalohet në një automjet elektrik (autobus elektrik), do të rrisë kilometrazhin me 15-20% midis rimbushjeve të baterisë. Është prodhuar dhe po përgatitet për testim në rrjetin e transportit hekurudhor, një kufizues i rrymës së qarkut të shkurtër superpërcjellës me fuqi më shumë se 7 MVA. Është drejt përfundimit prodhimi i një gjeneratori me kapacitet 1 MVA, premtues për përdorim në termocentralet me erë.

Bazuar në teknologjitë unike të Rosatom, po krijohet një pajisje ruajtëse e energjisë kinetike me një pezullim superpërcjellës të volantëve, e cila ka një intensitet energjie prej më shumë se 7 MJ. Duhet të theksohet zhvillimi i një pajisjeje të ruajtjes së energjisë induktive e aftë për të dhënë energji të akumuluar deri në disa MJ në një kohë jashtëzakonisht të shkurtër. Në fazën përfundimtare janë edhe punimet për krijimin e një transformatori superpërcjellës me kapacitet 1000 kVA.

"Përveç kësaj, rezultatet më të rëndësishme të projektit do të jenë krijimi i një baze të fuqishme eksperimentale dhe teknologjike, si dhe formimi i ekipeve të specialistëve shumë të kualifikuar në fushën e teknologjive superpërcjellëse," përfundon Viktor Pantsyrny. - Këtë vit, në Institutin e Qendrës Kombëtare të Kërkimit Kurchatov do të fillojë të funksionojë një linjë komplekse prodhimi dhe kërkimi për prodhimin e superpërçuesve të shiritit HTSC-2 me anë të ablacionit lazer. Linja do të bëhet një mjet për zhvillimin e shkencës dhe teknologjisë së materialeve HTSC, duke përdorur në masën maksimale infrastrukturën e fuqishme shkencore të Qendrës Kurchatov NBICS. Kjo do të lejojë zhvillimin intensiv të një zone premtuese të teknologjisë së lartë që çon në komercializimin e teknologjive superpërcjellëse.”

Prezantimi i një mekanizmi ngritës të bazuar në tela HTSC: Andrey Vavilov shpjegon se si funksionon moduli gjatë një pritjeje nga kryebashkiaku i Moskës S. Sobyanin në Slava Technopark

kabllot AC

Është e pamundur të mos flasim për projektin rus për të krijuar një kabllo superpërcjellëse 200 m të gjatë. G.M. Krzhizhanovsky" (ENIN), SHA "Instituti Kërkimor Gjith-Rus i Industrisë së Kabllit" (VNIIKP), Instituti i Aviacionit në Moskë dhe SHA "Industria e Energjisë Elektrike NTC". Zhvillimi filloi në 2005, në 2009 u krijua një prototip, i cili u testua me sukses në një vend testimi unik të krijuar posaçërisht.

Krijimi i kësaj strukture shumëkomponente është i ndërlikuar nga fakti se shiriti HTSC është jashtëzakonisht i ndjeshëm ndaj ngarkesave mekanike dhe thyerjeve. Pjesa kryesore e operacioneve teknologjike u krye në bazë të OAO VNIIKP. Sidoqoftë, për prodhimin e izolimit të tensionit të lartë, kablloja u soll në qytetin e Perm në fabrikën e kabllove Kamsky.

"Për kabllon HTSC, ne kryem operacionin e aplikimit të izolimit të letrës," thotë Alexander Azanov, Zëvendës Kryeteknolog i Kamsky Cable LLC. - Janë përdorur pajisje unike, të cilat më parë janë përdorur për prodhimin e kabllove të tensionit të lartë të mbushur me vaj. Kjo është arsyeja pse ata nuk kursyen asnjë burim për dërgimin e produktit gjysëm të gatshëm nga Moska në Perm dhe mbrapa. Dhe unë mendoj se për momentin, për prodhimin e kabllove të tilla speciale, këshillohet të përdorni pajisje unike të instaluara në fabrika të ndryshme sesa të organizoni prodhimin në një vend.
Në të ardhmen e afërt, organizimi i prodhimit masiv të këtij kablli në fabrikën tonë ose në ndonjë fabrikë tjetër nuk ka gjasa, pasi instalimi i linjave me superpërçues kryhet jashtëzakonisht rrallë dhe me gjatësi shumë të shkurtër (jo më shumë se 1 km). Arsyeja kryesore për këtë është kostoja e kabllove HTSC dhe mirëmbajtja e tyre (kërkohet që vazhdimisht të pompohet azot i lëngshëm përmes kabllit).

kabllot DC

Deri më sot, zhvillimet në fushën e krijimit të kabllove HTSC vazhdojnë. SHA FGC UES dhe SHA NTC FGC UES po kryejnë R&D të përbashkët "Krijimi i një linje kabllore DC superpërcjellëse me temperaturë të lartë për një tension 20 kV me një rrymë 2500 A, deri në 2500 m gjatësi". Prototipi i parë i sistemit të ardhshëm inovativ të transmetimit të energjisë - dy 30 m gjatësi të një kablloje bipolare HTSC, i zhvilluar në Qendrën e Kërkimit dhe Zhvillimit të FGC UES dhe i prodhuar në uzinën Irkutskkabel - kaloi me sukses testet aktuale dhe të tensionit të lartë në 2013.

Në nëntor 2014, një grup pajisjesh konvertimi për transmetim inovativ prej 50 MW energji elektrike u testua duke përdorur një kabllo superpërcjellëse disa qindra metra të gjatë. Përdorimi i kabllit HTSC për furnizimin me energji elektrike të qyteteve të mëdha do të bëjë të mundur arritjen e një reduktimi të zonave të ndarjes së tokës, braktisjen e ndërtimit të linjave ajrore dhe uljen e humbjeve të energjisë.
Qendra e R&D e FGC UES vëren se një linjë kabllore DC e bazuar në HTSC ka një sërë avantazhesh në krahasim me një linjë AC. Ai jo vetëm që ju lejon të transmetoni energji me humbje minimale, por gjithashtu kufizoni rrymat e qarkut të shkurtër, rregulloni fuqinë reaktive, kontrolloni rrjedhat e fuqisë dhe siguroni kthimin e saj.

"Është bukur të kuptosh se zhvilluesit rusë të kabllove HTSC janë në ballë," thotë Vitaly Vysotsky, Doktor i Shkencave Teknike, Akademik i AES të Federatës Ruse, Drejtor i Shkencës - Drejtor. departamenti i telave dhe kabllove superpërcjellës të SHA "VNIIKP". - Për shembull, kablloja 200 m ishte më e madhja në Evropë në vitet 2009-2013, dhe vetëm në vitin 2014 u instalua një kabllo 1 km në Gjermani. Por ky rekord do të thyhet edhe me testimin e një kabllo 2.5 km për Shën Petersburg”.

Nga mbështetja e shtetit tek investimet private

"Tregu i superpërçueshmërisë për industrinë e energjisë elektrike duhet të zhvillohet, pasi dendësia e konsumit të energjisë po rritet vazhdimisht dhe është e pamundur të mbështeten kërkesat në rritje pa superpërçueshmëri," është i sigurt Vitaly Vysotsky. - Megjithatë, inxhinierët e energjisë janë shumë konservatorë në lidhje me gjithçka të re, madje edhe të shtrenjtë. Prandaj, për momentin, detyrë kryesore është ende promovimi i projekteve të reja me mbështetjen e organizatave shtetërore. Kjo do të vërtetojë besueshmërinë dhe efikasitetin e pajisjeve superpërcjellëse. Shfaqja e projekteve të reja do të shkaktojë kërkesë për prodhimin e shiritave HTSC, do të rrisë prodhimin e tyre dhe do të ulë çmimet, gjë që do të ndihmojë përsëri në zhvillimin e tregut.”

“Në këtë fazë, një zgjidhje gjithëpërfshirëse e të gjitha detyrave të vendosura është e pamundur pa ndihmën gjithëpërfshirëse të shtetit, por çdo vit rritet atraktiviteti i investimeve të teknologjisë HTSC, gjë që bën të mundur që të pritet një fluks investimesh private në zhvillimin e mëtejshëm tregtar të saj. me një shkallë të lartë besimi,”

Është dakord me kolegun e tij Viktor Pantsyrny.

Ekspertët janë të kënaqur që në përgjithësi, në nivel shtetëror, ekziston një kuptim i rëndësisë së teknologjive superpërcjellëse.

“Zhvillimi i industrisë së superpërçuesve është i një rëndësie kombëtare dhe është një pjesë e rëndësishme e kalimit në një mënyrë inovative të zhvillimit të ekonomisë së vendit. Kjo u tha së fundmi në një takim të zgjeruar të Këshillit Këshillimor nën Kryetarin e Komitetit të Energjisë të Dumës Shtetërore të Asamblesë Federale të Federatës Ruse, ku, në veçanti, u vu re se për të siguruar pavarësinë ekonomike dhe politike të Rusisë , është strategjikisht e nevojshme që të ketë prodhim vendas të materialeve superpërcjellëse me temperaturë të ulët dhe të lartë, pajisje superpërcjellëse dhe produkte të bazuara në to,

Raportuar nga Viktor Pantsyrny.

Planet e ardhshme

“Ashtu si në të gjithë botën, sot në Rusi projektet e kabllove superpërcjellëse janë më të avancuara. Ata duhet dhe, ne shpresojmë, do të zhvillohen, - thotë Vitaly Vysotsky. - Kabllot superpërçues të bazuar në HTSC janë tashmë një produkt thjesht komercial, megjithëse janë ende mjaft të shtrenjtë. Ai do të bëhet më i lirë kur të fillojë prezantimi i tij i gjerë dhe të kërkohet një sasi e konsiderueshme shiritash HTSC, gjë që do të ulë koston e prodhimit të tyre.
Sidoqoftë, për mendimin tim, kufizuesit e rrymës së qarkut të shkurtër superpërcjellës për nivelet e tensionit prej 100 kV e lart janë më të domosdoshmit dhe më të kërkuarit për industrinë e energjisë elektrike. Pajisjet konvencionale të kësaj klase të tensionit thjesht nuk ekzistojnë, dhe superpërçueshmëria është thjesht e domosdoshme këtu. Projekte të tilla tashmë po diskutohen në vendin tonë. Për më tepër, për mendimin tim, makinat HTSC për turbinat e erës kanë perspektiva të mira. Ata premtojnë një ulje të konsiderueshme (shumë herë) të peshës së një gjeneratori të vetëm dhe një rritje të një fuqie të vetme.

"Sot, shtytësi i zhvillimit të tregut të produkteve superpërcjellëse është industria e energjisë elektrike (kabllot e energjisë dhe kufizimet aktuale), - beson Andrey Vavilov. - Por në një sërë industrish të tjera ka potencial të konsiderueshëm. Për shembull, sot po zhvillohen opsione për përdorimin e telit HTSC si një zëvendësim efektiv për superpërçuesit me temperaturë të ulët në teknologjinë e përshpejtuesit të përdorur në shkencë, prodhimin e izotopeve dhe mjekësi. Rusia ka plane të mëdha në këtë fushë, në veçanti, ndërtimin e një përplasësi modern NICA në Dubna.
Krijimi i makinerive rrotulluese efikase me karakteristika tërheqëse unike, masë dhe peshë të ulët ka një potencial të madh. Motorë të tillë kërkohen kryesisht për të siguruar lëvizjen e anijeve të mëdha, dhe gjeneratorët mund të përdoren në energjinë e rinovueshme.
Fenomeni i levitacionit magnetik hap perspektiva krejtësisht të reja sot. Këto nuk janë vetëm sisteme transporti, por edhe manipulues pa kontakt, si dhe kushineta të qëndrueshme me një gamë të gjerë aplikimesh.”

“Zhvillimi i mëtejshëm i superpërçueshmërisë në temperaturë të lartë do të ketë një efekt të theksuar shumëfishues jo vetëm në industrinë e energjisë elektrike, por edhe në industri të tjera, si hapësira, aviacioni, deti, transporti rrugor dhe hekurudhor, inxhinieria mekanike, metalurgjia, elektronika, mjekësia, dhe teknologjia e përshpejtuesit. Teknologjitë e superpërçueshmërisë janë gjithashtu të rëndësishme për forcimin e aftësive mbrojtëse të vendit."

Viktor Pantsyrny është i bindur.

Me një fjalë, zhvillimi i mëtejshëm i teknologjive të bazuara në superpërçueshmëri hap perspektiva të mëdha për njerëzimin, dhe tashmë në të ardhmen e parashikueshme.

Krijuar në bazë të superpërçuesve oksid me temperaturë të lartë. Për herë të parë, qeramika superpërçuese u përftua në vitin 1986 nga J. Bednorz dhe K. Müller, të cilëve iu dha çmimi Nobel për këtë zbulim. Kjo qeramikë bazohej në lantan, barium dhe oksid bakri (La 2-x Ba x CuO 4) dhe kishte një nivel jashtëzakonisht të lartë materiale superpërcjellëse temperatura e tranzicionit superpërcjellës Tc = 35 K. Një vit më vonë, nën drejtimin e P. Chu, u përftuan qeramika e bazuar në oksid bakri ytrium-barium YBa 2 Cu 3 O 7-x me Tc = 93 K. . Këto zbulime e bënë superpërcjellshmërinë premtuese për aplikime praktike.

Qeramikat superpërcjellëse me temperaturë të lartë, si materialet konvencionale qeramike, janë bërë nga pluhurat e oksidit. Marrja e superpërçuesve qeramikë me temperaturë të lartë oksidi përfshin këto faza kryesore: dozimin e përbërësve fillestarë të ngarkesës, homogjenizimin e ngarkesës, sintezën në temperaturë të lartë (në temperatura 800-1100 ° C), duke përfshirë bluarjen e ndërmjetme të ngarkesës, si si dhe derdhja (presimi) dhe sinterizimi i produkteve qeramike.

Dendësia dhe mikrostruktura e materialeve të fituara ndikohen fuqishëm nga gjendja e pluhurit fillestar dhe kushtet e sintezës. Materialet qeramike përmbajnë kokrra të paorientuara, pore dhe pothuajse gjithmonë një përzierje të fazave të huaja. Në sintezën e qeramikës superpërcjellëse me temperaturë të lartë, pluhurat e shpërndara imët fillojnë të shkrihen në temperatura më të ulëta se ato me kokërr të trashë. Kjo shmang formimin e sasive të konsiderueshme të fazës së lëngshme dhe deformimin e kampionit. Futja e një sasie të vogël të oksideve të papastërtive në përbërjen kryesore ka një efekt pozitiv në vetitë e qeramikës, duke kontribuar në formimin e strukturës së kërkuar.

Vetitë mekanike dhe elektromagnetike të qeramikës HTSC shkaktohen drejtpërdrejt nga një strukturë thelbësisht johomogjene e përbërë nga kokrra, pore dhe mikrodefekte, të cilat, si rregull, lokalizohen në kufijtë e kokrrizave. Formimi dhe shkatërrimi i mikrostrukturës së qeramikës superpërcjellëse ndodh në procesin e sinterimit, i cili kontribuon në shfaqjen e streseve të brendshme dhe funksionimin e materialit në mënyra të ndryshme mekanike dhe termike. Qeramikat superpërcjellëse përbëhen nga kokrriza superpërçuese, të cilat karakterizohen nga një densitet mjaft i lartë i rrymës kritike jcr, por duke qenë se hapësira ndërgranulare ka një jcr të ulët, densiteti i rrymës kritike të transportit të qeramikës me temperaturë të lartë zvogëlohet, gjë që e bën të vështirë përdorimin në teknologji.

Deri më sot, janë krijuar një numër mjaft i madh qeramikash superpërcjellëse, të cilat përmbajnë elementë tokësorë të rrallë Y, Ba, La, Nd, Sm, Eu, Cd, Ho, Er, Tm, Lu. Për këto qeramika, studimet eksperimentale japin temperaturën e tranzicionit superpërcjellës në intervalin e temperaturës nga 86 K në 135 K.

Më të zakonshmet janë qeramika e lantanit (La1-xBa)2CuO1-y me Tc = 56 K, qeramika ittriumi me bazë Y-Ba-Cu-O me Tc = 91 K, qeramika bismut me bazë Bi-Sr-Ca-O me Tc = 115 K, qeramika taliumi me bazë Tl-Ba-Ca-Cu-O me Tc = 119 K, qeramika me merkur HgBa2Ca2Cu3O8+x me Tc = 135 K.

Është zhvilluar një teknologji për marrjen e qeramikës me teksturë, e cila ka bërë të mundur rritjen e densitetit të rrymës me urdhër të madhësisë. Sidoqoftë, marrja e produkteve, telit ose shiritave mjaft të mëdhenj nga superpërçuesit qeramikë me temperaturë të lartë mbetet një problem teknologjik mjaft kompleks. Elementet masive kompakte të formave dhe madhësive të ndryshme, si rregull, janë bërë nga qeramika superpërçuese e oksidit Y-Ba-Cu-O, dhe superpërçues të përbërë me gjatësi të gjatë - bazuar në përbërjet Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O në predha. prej metaleve dhe lidhjeve të ndryshme. Produkte të tilla kanë efektin e superpërçueshmërisë në temperaturat e azotit të lëngshëm dhe më poshtë, karakteristika të larta të rrymës, dhe kur i përdorin ato, mund të zvogëlojnë ndjeshëm peshën dhe madhësinë e pajisjeve elektrike, të ulin kostot e funksionimit dhe të krijojnë sisteme elektrike shumë efikase dhe miqësore me mjedisin. .

Në komponentët e mikrovalës, përdoren filma të hollë të qeramikës HTSC në nënshtresa me një kristal. Si rregull, parametrat kryesorë të filmave HTSC përfshijnë rezistencën dhe ndjeshmërinë magnetike. Ato përftohen nga depozitimi në një substrat nga avullimi me lazer dhe rreze elektronike, depozitimi kimik i avullit, spërkatja direkte dhe reaktive e katodës dhe epitaksia e rrezeve molekulare.

Fizikanët kanë zbuluar një material që bëhet superpërçues në një temperaturë pak më të lartë se temperatura më e ftohtë në Tokë. Ky zbulim mund të lajmërojë një epokë të re në studimin e superpërçueshmërisë. Bota e superpërcjellshmërisë po gumëzhin. Vitin e kaluar, Mikhail Yeremets dhe disa kolegë të tij në Institutin Max Planck për Kimi në Mainz, Gjermani, bënë një vëzhgim të pazakontë të sulfurit të hidrogjenit superpërçues në -70 gradë Celsius. Kjo është 20 gradë më e lartë se çdo material tjetër që mban rekordin aktual.

Rezultatet e punës së shkencëtarëve filluan të diskutohen kur u postuan për herë të parë në arXiv. Në atë kohë, fizikanët ishin të kujdesshëm për punën e tyre. Historia e superpërcjellshmërisë është e mbushur me kufoma të pretendimeve të dyshimta për aktivitet të temperaturës së lartë që më vonë rezultuan të pamundura për t'u riprodhuar.

Ka kaluar shumë kohë që atëherë, Yeremets dhe kolegët kanë punuar shumë për të ndërtuar prova përfundimtare dhe bindëse. Pak javë më parë, puna e tyre u botua në revistën Nature, duke i dhënë asaj vulën e respektit që nevojitet në fizikën moderne. goditi sërish kryetitujt.

Antinio Bianzoni dhe Thomas Jarlborg nga Qendra Ndërkombëtare e Romës për Shkencën e Materialeve në Itali dhanë një pasqyrë të fushës së tyre emocionuese të punës. Dhe ata bënë një punë teorike duke shpjeguar veprat e Yeremets dhe kolegëve të tij.

Për të filluar, një sfond i vogël. Superpërcjellshmëria është një fenomen i rezistencës elektrike zero që ndodh në disa materiale kur ato ftohen nën një temperaturë kritike.

Ky fenomen është i njohur në superpërcjellësit konvencionalë, të cilët janë në thelb rrjeta të ngurtë të joneve pozitive të lagura në një det elektronesh. Rezistenca elektrike ndodh kur elektronet përplasen në këto rrjete dhe humbasin energji ndërsa lëvizin nëpër to.

Megjithatë, në temperatura të ulëta, elektronet mund të kombinohen me njëri-tjetrin për të formuar çifte Cooper. Në të njëjtën kohë, rrjeta bëhet mjaft e ngurtë për të lejuar lëvizjen koherente të valëve të quajtura fonone.

Superpërcjellshmëria krijohet kur çiftet Cooper dhe fononet udhëtojnë së bashku përmes një materiali dhe valët në thelb hapin rrugën për çiftet e elektroneve. Kjo ndodh kur dridhjet e grilës - temperatura e saj - bëhen mjaft të forta për të thyer avujt e Cooper-it. Kjo është temperatura kritike.

Deri kohët e fundit, temperatura më e lartë kritike e këtij lloji ishte -230 gradë Celsius (40 Kelvin).

Janë tre karakteristika kryesore që shkencëtarët kërkojnë për të konfirmuar superpërçueshmërinë e një materiali. E para është një rënie e papritur e rezistencës elektrike kur materiali ftohet nën një temperaturë kritike. E dyta është zhvendosja e fushës magnetike nga materiali, një efekt i njohur si efekti Meissner.

E treta është ndryshimi i temperaturës kritike kur atomet në material zëvendësohen nga izotopet. Kjo ndodh sepse ndryshimi në masën e izotopeve bën që rrjeta të lëkundet ndryshe, gjë që ndryshon temperaturën kritike.

Por ekziston një lloj tjetër superpërçueshmërie, shumë më pak e kuptuar. Ai përfshin disa substanca qeramike të zbuluara në vitet 1980 që bëhen superpërçuese në temperatura deri në -110 gradë Celsius. Askush nuk e kupton me të vërtetë se si funksionojnë, por shumica e kërkimeve në komunitetin e superpërçueshmërisë përqendrohen në këto materiale ekzotike.

Yeremets dhe kolegët e tij ka shumë të ngjarë të ndryshuan pozicionet e tyre. Ndoshta surpriza më e madhe e zbulimit të tyre ishte se ai nuk përfshin një superpërçues "me temperaturë të lartë". Ai përfshin sulfid hidrogjeni të zakonshëm, i cili nuk është parë kurrë të jetë një superpërçues në temperatura mbi 40 gradë Kelvin.

Yeremets dhe kolegët e tij e arritën qëllimin e tyre duke e ngjeshur këtë material nën presionin që ekziston vetëm në qendër të Tokës. Në të njëjtën kohë, ata arritën të gjenin prova të të gjitha karakteristikave të rëndësishme të superpërçueshmërisë.

Dhe ndërkohë që eksperimentet e tyre vazhdojnë, teoricienët po grumbullojnë trurin e tyre duke u përpjekur ta shpjegojnë atë. Shumë fizikanë besonin se kishte disa arsye teorike pse superpërcjellësit tradicionalë nuk mund të vepronin në temperatura mbi 40 gradë Kelvin. Por doli se nuk ka asgjë në teori që i pengon superpërçuesit të punojnë në temperatura më të larta.

Në vitet 1960, fizikani britanik Neil Ashcroft parashikoi se hidrogjeni duhet të jetë në gjendje të superpërçojë në temperatura dhe presione të larta, ndoshta edhe në temperaturën e dhomës. Ideja e tij ishte se hidrogjeni është aq i lehtë sa duhet të formojë një rrjetë të aftë të vibrojë në frekuenca shumë të larta dhe për këtë arsye të bëhet një përcjellës serologjik në temperatura dhe presione të larta.

Yeremets dhe kolegët e tij duket se e kanë konfirmuar këtë ide. Ose të paktën diçka si kjo. Ka shumë rrudha teorike që duhen hequr para se fizikanët të mund të thonë se kanë një kuptim të duhur të asaj që po ndodh. Puna teorike vazhdon.

Tani gara është për të gjetur superpërçues të tjerë që do të funksionojnë në temperatura edhe më të larta. Një kandidat premtues është H3S (jo H2S, për të cilin fillimisht punoi Yeremets).

Dhe, sigurisht, fizikantët kanë filluar të mendojnë për aplikimet. Përdorimi i materialeve të tilla është shumë i vështirë, dhe jo vetëm sepse janë superpërçues në presione të larta.

Por asgjë nuk ju ndalon të ëndërroni. “Ky zbulim ka implikime jo vetëm për shkencën e materialeve dhe lëndën e kondensuar, por edhe në fusha të tjera, nga llogaritja kuantike deri te fizika kuantike e materies së gjallë”, thonë Bianzoni dhe Jarlborg. Ata gjithashtu parashtruan idenë interesante se një superpërçues i tillë funksionon në një temperaturë që është 19 gradë më e lartë se temperatura më e ftohtë në Tokë.

Ndoshta në muajt dhe vitet e ardhshme do të dëgjojmë gjëra më interesante për superpërçuesit.

budivel.ru Rreth izolimit dhe ngrohjes së shtëpisë.