Superconductivity dalam industri tenaga elektrik: sekarang dan masa depan

Corak umum masa kita adalah penyempitan jurang antara penemuan tertentu dan pelaksanaannya. Setelah selang waktu ini mencapai ratusan tahun, kini telah menurun hingga minimum. Sebagai contoh, pengenalan fotografi adalah 112 tahun di belakang pembukaannya. Baja mineral mula digunakan selama 70 tahun selepas ia diwujudkan, komunikasi telefon - selepas 50 tahun, penyiaran - selepas 35, radiolokasi selepas 15, televisyen - selepas 12, bom atom - selepas 6 tahun, transistor - selepas 3, dan laser - setelah hanya 2 tahun.

Permulaan penggunaan superkonduktor teknikal bermula pada tahun 1955, ketika elektromagnet pertama dibuat dengan bantuan mereka. 56 tahun telah berlalu sejak penemuan superkonduktivitas pada pengenalannya. Apakah perkara itu?

Menurut beberapa ahli fizik British, kelewatan ini disebabkan oleh dua sebab: pembangunan teknologi cryogenic yang tidak mencukupi dan penemuan hanya superkonduktor tulen, tulen. Bahan keras dengan parameter yang dapat diterima secara teknis menjadi hanya diketahui pada tahun 1930, dan hanya seperempat abad setelah itu, konduktor dari bahan tersebut sebenarnya dibuat. Dan dengan serta-merta solenoid dengan penggulungan superconducting dibina dan berjaya diuji. Superkonduktiviti teknikal dilahirkan.

Oleh itu, ciptaan dan permulaan penggunaan bahan superconducting yang bersesuaian secara teknikal bertepatan dalam masa (1955). Tetapi penciptaan superkonduktor sebenarnya berlaku, mungkin, kemudian. Lagipun, ia hanya pada tahun 1963 bahawa ia adalah mungkin untuk mewujudkan wayar yang boleh berfungsi dengan baik yang perlu diperlahankan untuk penstabilan terma. Secara paradoks, ia adalah fakta: pengenalan superkonduktor bermula lapan tahun lebih awal daripada penemuan sebenar mereka.

Hari ini, superkonduktor digunakan secara praktikal dalam fizik, di mana kemudahan penyelidikan yang besar dan peranti baru telah digunakan selama bertahun-tahun. Dari akhbar itu diketahui satu aplikasi superconducting motor elektrik, gyroscopes, solenoids pada kapal, pesawat. Dalam bidang perubatan, superkonduktor meter medan magnet yang dihasilkan oleh organisma hidup telah muncul.

Penggunaan superkonduktor dalam sektor tenaga dan pengangkutan sangat relevan. Di sini, kerja persediaan telah berlangsung selama bertahun-tahun, tetapi mesin dan kabel baru belum beroperasi. Mengapa?

Terdapat banyak sebab yang menangguhkan tarikh penggunaan superkonduktor secara besar-besaran dalam ekonomi negara. Sebagai contoh, tidak mudah untuk membangunkan teori superkonduktiviti, tetapi tidak kurang sukar untuk jurutera menguasai teori ini. Tugas yang tidak disangka-sangka adalah pembinaan kabel superconducting, tidak ada perkataan lain untuk proses pembuatan komposisi multi-elemen dari logam yang berbeza. Pengeluaran pita, tayar dan wayar superconducting memerlukan pembangunan teknologi khas, penciptaan mesin khas dan juga industri baru.

Kesukaran yang besar dikaitkan dengan bekalan superconducting kriogenik, kerana superkonduktivitas hanya timbul pada suhu yang sangat rendah. Trak penyejuk kuasa yang tinggi diperlukan.

Pengembangan teknologi kriogenik tidak dapat difikirkan tanpa menggunakan vakum yang mendalam, jadi anda perlu belajar bagaimana untuk menerima dan memeliharanya. Dan tentu saja, pengukuran: kita memerlukan sensor dan peranti khas, mengawal wayar yang melewati rongga dengan suhu yang berbeza.

Tetapi apabila mungkin untuk mengatasi semua kesukaran ini, tidak mudah untuk menyelesaikan masalah elektrik. Sehingga kini, dalam kejuruteraan elektrik berkuasa tinggi, arus berpuluh-puluh hingga beratus amperes biasanya digunakan, dan secara teknikal dan ekonomik boleh digunakan untuk memindahkan arus beribu-ribu kali lebih tinggi melalui superkonduktor. Tetapi apakah pemasangan multi-amp diperlukan?

Pemasangan sedemikian wujud, tetapi mereka sedikit. Tidak mudah untuk membuatnya, kerana kapasiti pengangkut konduktor tradisional, tembaga dan aluminium adalah terhad. Sekarang dengan bantuan superkonduktor, mungkin untuk meningkatkan kepadatan semasa dan arusnya berulang kali, ia akan realistik untuk membincangkan pemodenan semua kemudahan elektrik dari loji kuasa kepada pengguna. Tetapi adakah perlu pelarasan? Jika tidak, kenapa membuat superconducting komponen elektrik?

Unit-unit sedemikian harus multi-ampere, ini tidak dapat dinafikan. Lagipun, superkonduktor adalah bahan konduktor yang hebat. Tetapi litar elektrik direka untuk arus kecil dan voltan yang sangat tinggi. Nah, membenamkan pelbagai amperer ke dalam litar ampere rendah? Tidak realistik. Dan penstrukturan sepenuhnya semua peralatan tenaga elektrik adalah tugas yang besar. Akankah superconductors benar-benar mencari tempat mereka hanya dalam pemasangan fizikal yang unik?

Walau bagaimanapun, kesukaran masalah yang berkaitan dengan pengenalan superkonduktor secara beransur-ansur diselesaikan. Apabila kerja pakai dengan superkonduktor bermula, kekurangan tenaga terlatih, bahan baru, peralatan dan peranti sangat akut. Tetapi, satu demi satu, model kecil muncul. Terdapat permintaan yang mantap untuk wayar baru, alat fluida, instrumen dan sensor. Fizik dan ahli matematik terlibat dalam menyelesaikan masalah praktikal semata-mata: menentukan medan kritikal dan arus, menilai kerugian AC, mengira tingkah laku thermostable superkonduktor dalam helium cair.

Hari ini, beratus-ratus pasukan penyelidikan terlibat dalam masalah superkonduktiviti teknikal. Pelan penyelidikan jangka panjang telah dikenalpasti, rangkaian kerja telah dirumuskan, senarai kemudahan yang akan dilaksanakan siap.

Secara umum, dapat dipertimbangkan bahawa kerja pencarian yang diperlukan untuk membuat sampel terkemuka dari superkonduktor peralatan tersebut dilakukan sekitar 30-50%. Antara model yang dibuat ialah elektromagnet untuk penyelidikan fizikal dan untuk turbogenerators, enjin, transformer superkonduktor dan bahagian kabel, galas dan peranti.

"Beberapa tahun akan datang akan menjadi penting untuk peralihan superkonduktor dari makmal ke industri untuk aplikasi berskala besar," kata J. Bardin, pemenang Hadiah Nobel, dua kali.

Baca tentang masa depan superkonduktiviti dalam artikel seterusnya.

Mikhail Chernov https://i.electricianexp.com/ms

Penerusan:

Masa depan adalah superkonduktor