Superconductivitatea în industria energiei electrice: prezent și viitor

Modelul general al timpului nostru este restrângerea decalajului dintre o anumită descoperire și implementarea ei. Odată ce acest interval a atins sute de ani, acum a scăzut la minimum. De exemplu, introducerea fotografiei este la 112 ani de la deschiderea sa. Îngrășăminte minerale au început să fie folosite la 70 de ani de la crearea lor, comunicații telefonice - după 50 de ani, difuzare - după 35, radiolocare după 15, televiziune - după 12, bombă atomică - după 6 ani, un tranzistor - după 3 și un laser - după numai 2 an.

Începutul utilizării tehnice a superconductorilor datează din 1955, când a fost creat primul electromagnet cu ajutorul lor. Au trecut 56 de ani de la descoperirea superconductivității până la introducerea sa. Care este problema?

Potrivit unor fizicieni britanici, această întârziere se datorează a două motive: dezvoltarea insuficientă a tehnologiei criogenice și descoperirea numai a superconductoarelor moi, pure. Materialele tari cu parametri acceptabili din punct de vedere tehnic au devenit cunoscute abia în 1930 și la numai un sfert de secol după aceea, au fost de fapt create conductoare din astfel de materiale. Și imediat a fost construit și testat cu succes un solenoid cu o înfășurare superconductoare. S-a născut superconductivitatea tehnică.

Astfel, invenția și începutul utilizării materialelor supraconductoare adecvate din punct de vedere tehnic au coincis în timp (1955). Dar invenția reală a supraconductorilor a avut loc, poate, mai târziu. Până la urmă, abia în 1963 a fost posibilă crearea de fire cu adevărat viabile care trebuiau încetinite pentru stabilizarea termică. Paradoxal, este un fapt: introducerea superconductorilor a început cu opt ani mai devreme decât descoperirea lor reală.

Astăzi, superconductorii sunt practic folosiți în fizică, unde se folosesc facilități mari de cercetare și dispozitive noi de mai mulți ani. Din presă se cunosc aplicații unice pentru motoare electrice superconductoare, giroscopuri, solenoide pe nave, aeronave. În medicină au apărut contoare superconductoare de câmpuri magnetice create de organismele vii.

Utilizarea superconductorilor în sectorul energetic și în transport este extrem de relevantă. Aici, lucrările pregătitoare sunt în desfășurare de mulți ani, dar mașinile și cablurile noi nu sunt încă în funcțiune. De ce?

Există multe motive care amână data utilizării masive a superconductorilor în economia națională. De exemplu, nu a fost ușor să dezvolte o teorie a superconductivității, dar nu este mai puțin dificil pentru ingineri să stăpânească această teorie. O sarcină neașteptat de dificilă a fost construcția firelor supraconductoare, nu există niciun alt cuvânt pentru procesul de creare a unei compoziții cu mai multe elemente din diferite metale. Producția de benzi, anvelope și fire superconductoare a necesitat dezvoltarea tehnologiei speciale, crearea de mașini speciale și chiar noi industrii.

Dificultăți mari sunt asociate cu alimentarea criogenă a obiectelor supraconductoare, deoarece superconductivitatea apare numai la temperaturi foarte scăzute. Camioane frigorifice de mare putere au fost necesare.

Dezvoltarea tehnologiei criogenice este de neconceput fără utilizarea unui vid profund, așa că trebuie să înveți cum să o primești și să o menții. Și, desigur, măsurători: avem nevoie de senzori și dispozitive speciale, fire de control care trec prin cavități cu temperaturi diferite.

Dar, atunci când este posibil să depășiți toate aceste dificultăți, nu va fi ușor să rezolvați problema electrică. Până acum, în inginerie electrică de mare putere, se folosesc de regulă curenți de zeci până la sute de amperi, și este posibil din punct de vedere tehnic și economic să transferați curenți de mii de ori mai mari prin superconductori. Dar sunt necesare astfel de instalații multi-amp?

Astfel de instalații există, dar sunt puține. Nu este ușor să le creezi, deoarece capacitatea de transport curentă a conductoarelor tradiționale, cupru și aluminiu, este limitată. Acum, cu ajutorul superconductorilor, este posibil să crească în mod repetat densitățile de curent și curenții înșiși, ar fi realist să vorbim despre modernizarea tuturor instalațiilor de energie electrică de la centrale electrice la consumatori. Dar este necesară o astfel de ajustare? Dacă nu, de ce să creeze componente electrice supraconductoare?

Astfel de unități ar trebui să fie multi-ampere, acest lucru este incontestabil. La urma urmei, superconductorii sunt un material minunat pentru conductor. Dar circuitele electrice sunt proiectate pentru curenți mici și tensiuni foarte mari. Ei bine, încorporați obiecte cu mai multe amperi în circuite cu amperi mici? Unreal. Și restructurarea completă a tuturor echipamentelor de energie electrică este o sarcină imensă. Superconductorii își vor găsi cu adevărat locul doar în instalații fizice unice?

Cu toate acestea, dificultățile problemei asociate cu introducerea superconductorilor sunt rezolvate treptat. Când au început lucrările aplicate cu superconductori, lipsa de personal instruit, de materiale noi, echipamente și dispozitive a fost deosebit de acută. Dar totuși, unul după altul, au apărut modele mici. A existat o cerere constantă pentru noi fire, fluidizatoare, instrumente și senzori. Fizicienii și matematicienii sunt implicați în soluționarea problemelor pur practice: determinarea câmpurilor și a curenților critici, evaluarea pierderilor de curent alternativ, calcularea comportamentului termostabil al superconductorilor în heliu lichid.

Astăzi, sute de echipe de cercetare sunt angajate în problemele supraconductivității tehnice. Au fost identificate planuri de cercetare pe termen lung, au fost elaborate lanțuri de lucrări, listele facilităților care urmează să fie implementate sunt gata.

În general, se poate considera că lucrările de căutare necesare pentru crearea eșantioanelor principale ale superconductorilor echipamentului au fost realizate cu aproximativ 30-50%. Printre modelele create se numără electromagnetii pentru cercetare fizică și turogeneratoare, motoare, transformatoare supraconductoare și secțiuni de cablu, rulmenți și dispozitive.

„Următorii câțiva ani vor fi cruciali pentru tranziția superconductorilor de la laboratoare la industrie pentru aplicații la scară largă”, spune J. Bardin, câștigător al Premiului Nobel, de două ori.

Citiți despre viitorul superconductivității în articolul următor.

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

continuare:

Viitorul este superconductorii