Przyszłość energii - nadprzewodzące generatory prądu, transformatory i linie energetyczne

Jednym z głównych kierunków rozwoju nauki są badania teoretyczne i eksperymentalne w dziedzinie materiałów nadprzewodzących, a jednym z głównych kierunków rozwoju technologii jest rozwój nadprzewodzących turbogeneratorów.

Nadprzewodzące urządzenia elektryczne znacznie zwiększą obciążenia elektryczne i magnetyczne w elementach urządzeń, a tym samym radykalnie zmniejszą ich rozmiary. W przewodzie nadprzewodnikowym dopuszczalna jest gęstość prądu 10 ... 50 razy większa niż gęstość prądu w konwencjonalnym sprzęcie elektrycznym. Pola magnetyczne można doprowadzić do wartości rzędu 10 T, w porównaniu z 0,8 ... 1 T w konwencjonalnych maszynach. Biorąc pod uwagę, że wymiary urządzeń elektrycznych są odwrotnie proporcjonalne do iloczynu dopuszczalnej gęstości prądu i indukcji magnetycznej, jasne jest, że zastosowanie nadprzewodników wiele razy zmniejszy rozmiar i wagę sprzętu elektrycznego!

Według jednego z projektantów układu chłodzenia nowych typów kriogenicznych turbogeneratorów radzieckiego naukowca I.F. Filippov, istnieje powód, aby rozważyć zadanie stworzenia ekonomicznych krioturbogeneratorów z rozwiązanymi nadprzewodnikami. Wstępne obliczenia i badania dają nadzieję, że nie tylko rozmiar i waga, ale także wydajność nowych maszyn będzie wyższa niż w przypadku najbardziej zaawansowanych generatorów tradycyjnego projektu.

Opinię tę podzielają szefowie prac nad stworzeniem nowego nadprzewodzącego turbogeneratora z serii KTG-1000, Academician I.A. Glebov, doktor nauk technicznych V.G. Novitsky i V.N. Szachtaryna. Generator KTG-1000 został przetestowany latem 1975 r., A następnie model kriogeniczny turbogeneratora KT-2-2, stworzony przez stowarzyszenie Electrosila we współpracy z naukowcami z Instytutu Fizyki i Technologii Niskich Temperatur, Akademii Nauk ukraińskiej SSR. Wyniki testów pozwoliły na zbudowanie jednostki nadprzewodzącej o znacznie większej mocy.

Oto niektóre dane nadprzewodzącego turbogeneratora o mocy 1200 kW opracowanego w VNIIelektromash. Nadprzewodzące uzwojenie pola wykonane jest z drutu o średnicy 0,7 mm z 37 nadprzewodzącymi żyłami z niobu tytanu w matrycy miedzianej. Siły odśrodkowe i elektrodynamiczne w uzwojeniu są odbierane przez bandaż ze stali nierdzewnej. Pomiędzy zewnętrzną grubościenną powłoką ze stali nierdzewnej a bandażem znajduje się miedziany ekran elektrotermiczny, chłodzony przez przepływ zimnego gazowego helu przechodzącego przez kanał (następnie wraca do fluidyzatora).

Łożyska działają w temperaturze pokojowej. Uzwojenie stojana jest wykonane z miedzianych przewodów (chłodnica - woda) i jest otoczone tarczą ferromagnetyczną wykonaną z obciążonej stali. Wirnik obraca się w próżni wewnątrz skorupy materiału izolacyjnego. Próżnia w skorupie jest gwarantowana przez uszczelki.

Eksperymentalny generator KTG-1000 był kiedyś największym pod względem wielkości krioturbogeneratorem na świecie. Jego celem jest przetestowanie konstrukcji dużych wirujących kriostatów, urządzeń zasilających hel do nadprzewodzącego uzwojenia wirnika, badanie obwodu termicznego, działania nadprzewodzącego uzwojenia wirnika i jego chłodzenie.

A perspektywy są po prostu hipnotyzujące. Maszyna o mocy 1300 MW będzie miała długość około 10 m przy masie 280 ton, natomiast maszyna o tej samej wydajności o podobnej wydajności będzie miała długość 20 m przy masie 700 ton! Wreszcie trudno jest stworzyć zwykłą maszynę o mocy większej niż 2000 MW, a dzięki nadprzewodnikom można faktycznie osiągnąć moc jednostkową 20 000 MW!

Tak więc wzrost materiałów stanowi około trzech czwartych kosztów. Procesy produkcyjne są ułatwione. Każdemu zakładowi budowy maszyn łatwiej i taniej jest wyprodukować kilka dużych maszyn elektrycznych niż wiele małych: potrzeba mniej pracowników, park maszynowy i inne urządzenia nie są tak obciążone.

Aby zainstalować mocny turbogenerator, potrzebny jest stosunkowo niewielki obszar elektrowni. Oznacza to, że koszt budowy maszynowni jest zmniejszony, a stacja może zostać uruchomiona szybciej. I wreszcie, im większa maszyna elektryczna, tym wyższa jej wydajność.

Jednak wszystkie te zalety nie wykluczają trudności technicznych, które powstają podczas tworzenia dużych jednostek energii. I, co najważniejsze, ich moc można zwiększyć tylko do pewnych granic. Obliczenia pokazują, że nie będzie możliwe przekroczenie górnej granicy ograniczonej mocą turbogeneratora o mocy 2500 MW, którego wirnik obraca się z prędkością 3000 obr / min, ponieważ limit ten determinowany jest przede wszystkim przez cechy wytrzymałościowe: tak duże naprężenia w strukturze mechanicznej maszyny o większym wzroście mocy że siły odśrodkowe nieuchronnie spowodują uszkodzenie wirnika.

Podczas transportu powstaje wiele zmartwień. Aby przetransportować ten sam turbogenerator o mocy 1200 MW, konieczne było zbudowanie przenośnika przegubowego o nośności 500 ton, o długości prawie 64 m. Każdy z jego dwóch wózków opierał się na 16 osiach samochodu.

Wiele przeszkód samo w sobie znika, jeśli użyjesz efektu nadprzewodnictwa i zastosujesz materiały nadprzewodzące. Następnie straty w uzwojeniu wirnika można praktycznie zredukować do zera, ponieważ prąd stały nie napotka w nim rezystancji. A jeśli tak, wydajność maszyny wzrasta. Duży prąd przepływający przez uzwojenie pola nadprzewodzącego wytwarza tak silne pole magnetyczne, że nie jest już konieczne stosowanie stalowego obwodu magnetycznego, tradycyjnego dla każdej maszyny elektrycznej. Eliminacja stali zmniejszy masę wirnika i jego bezwładność.

Stworzenie kriogenicznych maszyn elektrycznych nie jest modą, lecz koniecznością, naturalną konsekwencją postępu naukowego i technologicznego. I istnieją wszelkie powody, aby argumentować, że do końca wieku nadprzewodzące turbogeneratory o mocy ponad 1000 MW będą działać w systemach elektroenergetycznych.

Pierwsza maszyna elektryczna w Związku Radzieckim z nadprzewodnikami została zaprojektowana w Instytucie Elektromechaniki w Leningradzie w 1962 r. ... 1963 r. Była to maszyna prądu stałego z konwencjonalną („ciepłą”) armaturą i nadprzewodzącym uzwojeniem pola. Jego moc wynosiła zaledwie kilka watów.

Od tego czasu pracownicy instytutu (obecnie VNIIelektromash) pracują nad stworzeniem nadprzewodzących turbogeneratorów dla sektora energetycznego. W ciągu ostatnich lat możliwe było zbudowanie struktur pilotażowych o mocy 0,018 i 1 MW, a następnie 20 MW ...

Jakie są cechy tego VNIIelektromash?

Nadprzewodnikowa cewka polowa znajduje się w kąpieli helowej. Ciekły hel wchodzi do wirującego rotora przez rurkę umieszczoną pośrodku wału drążonego. Odparowany gaz jest kierowany z powrotem do jednostki kondensacyjnej przez szczelinę między tą rurą a wewnętrzną ścianą szybu.

W konstrukcji rurociągu dla helu, podobnie jak w samym wirniku, występują wnęki próżniowe, które zapewniają dobrą izolację termiczną. Moment obrotowy z głównego napędu jest dostarczany do uzwojenia pola przez „mostki termiczne” - konstrukcję, która jest wystarczająco wytrzymała mechanicznie, ale nie przenosi ciepła dobrze.

W rezultacie konstrukcja wirnika jest obrotowym kriostatem z nadprzewodzącą cewką polową.

Stojan nadprzewodzącego turbogeneratora, podobnie jak w tradycyjnym przykładzie wykonania, ma trójfazowe uzwojenie, w którym siła elektromotoryczna jest wzbudzana przez pole magnetyczne wirnika.Badania wykazały, że niepraktyczne jest stosowanie uzwojenia nadprzewodzącego w stojanie, ponieważ występują znaczne straty na prądzie przemiennym w nadprzewodnikach. Ale konstrukcja stojana z „normalnym” uzwojeniem ma swoje własne cechy.

Uzwojenie okazało się w zasadzie możliwe do umieszczenia w szczelinie powietrznej między stojanem a wirnikiem i zamontowania w nowy sposób, przy użyciu żywic epoksydowych i elementów konstrukcyjnych z włókna szklanego. Taki obwód umożliwił umieszczenie większej liczby miedzianych przewodów w stojanie.

Układ chłodzenia stojana jest również oryginalny: ciepło jest usuwane przez freon, który jednocześnie pełni funkcję izolatora. W przyszłości ciepło to można wykorzystać do celów praktycznych za pomocą pompy ciepła.

W silniku turbogeneratora o mocy 20 MW zastosowano drut miedziany o prostokątnym przekroju 2,5 x 3,5 mm. Wciśnięto w niego 3600 żył wykonanych z niobu i tytanu. Taki drut jest w stanie przenosić prąd do 2200 A.

Testy nowego generatora potwierdziły obliczone dane. Okazało się, że jest dwa razy lżejsze niż tradycyjne maszyny o tej samej mocy, a jego wydajność jest wyższa o 1%. Teraz ten generator działa w systemie Lenenergo jako synchroniczny kompensator i wytwarza moc bierna.

Ale głównym rezultatem pracy jest kolosalne doświadczenie zdobyte w procesie tworzenia turbogeneratora. Opierając się na nim, Stowarzyszenie Budowy Maszyn Elektrycznych Leningrad Elektrosila rozpoczęło tworzenie turbogeneratora o mocy 300 MW, który zostanie zainstalowany w jednej z budowanych elektrowni w naszym kraju.

Nadprzewodzące uzwojenie wirnika wykonane jest z drutu niobowo-tytanowego. Jego urządzenie jest niezwykłe - najcieńsze przewodniki z niobu i tytanu są wtłaczane w miedzianą matrycę. Odbywa się to w celu zapobiegania przejściu uzwojenia ze stanu nadprzewodzącego do normalnego w wyniku wpływu wahań strumienia magnetycznego lub z innych przyczyn. Jeśli tak się stanie, prąd przepłynie przez miedzianą matrycę, ciepło rozproszy się, a stan nadprzewodzący zostanie przywrócony.

Technologia wytwarzania samego wirnika wymagała wprowadzenia zasadniczo nowych rozwiązań technicznych. Jeśli wirnik konwencjonalnej maszyny jest wykonany z litego kucia stali magnetycznie przewodzącej, wówczas w tym przypadku powinien on składać się z kilku cylindrów włożonych jeden do drugiego wykonanych ze stali niemagnetycznej. Pomiędzy ściankami niektórych cylindrów znajduje się ciekły hel, między ściankami innych powstaje próżnia. Ściany cylindrów muszą oczywiście mieć wysoką wytrzymałość mechaniczną, szczelność próżni.

Masa nowego turbogeneratora, podobnie jak masa jego poprzednika, jest prawie 2 razy mniejsza niż masa zwykłej tej samej mocy, a wydajność jest zwiększana o kolejne 0,5 ... 0,7%. Turbogenerator „żyje” od około 30 lat i przez większość czasu działał, więc jasne jest, że tak pozornie niewielki wzrost wydajności będzie bardzo znaczącym zyskiem.

Inżynierowie potrzebują nie tylko generatorów zimna. Kilkadziesiąt transformatorów nadprzewodzących zostało już wyprodukowanych i przetestowanych (pierwszy z nich został zbudowany przez amerykańskiego McPhee w 1961 r .; transformator pracował na poziomie 15 kW). Istnieją projekty nadprzewodzących transformatorów o mocy do 1 miliona kW. Przy dostatecznie dużych mocach transformatory nadprzewodzące będą lżejsze niż zwykle o 40 ... 50% przy mniej więcej takich samych stratach mocy jak konwencjonalne transformatory (w tych obliczeniach uwzględniono również moc fluidyzatora).

Transformatory nadprzewodzące mają jednak znaczące wady. Są one związane z potrzebą ochrony transformatora przed pokonaniem go przed stanem nadprzewodnictwa podczas przeciążeń, zwarć, przegrzania, gdy pole magnetyczne, prąd lub temperatura mogą osiągnąć wartości krytyczne.

Jeśli transformator się nie zapadnie, jego ponowne ochłodzenie i przywrócenie nadprzewodnictwa zajmie kilka godzin. W niektórych przypadkach taka przerwa w zasilaniu jest niedopuszczalna.Dlatego też, zanim zaczniemy mówić o masowej produkcji transformatorów nadprzewodzących, należy opracować środki mające na celu ochronę przed warunkami awaryjnymi i możliwość zapewnienia odbiorcom energii elektrycznej w czasie przestoju transformatora nadprzewodzącego. Sukcesy osiągnięte w tym obszarze pozwalają sądzić, że w najbliższej przyszłości problem ochrony transformatorów nadprzewodzących zostanie rozwiązany i zajmą one miejsce w elektrowniach.

W ostatnich latach marzenie o nadprzewodzących liniach energetycznych jest coraz bliższe realizacji. Coraz większe zapotrzebowanie na energię elektryczną sprawia, że ​​przesył dużej mocy na duże odległości jest bardzo atrakcyjny. Radzieccy naukowcy przekonująco wykazali obietnicę nadprzewodnikowych linii przesyłowych. Koszt linii będzie porównywalny z kosztem konwencjonalnych napowietrznych linii przesyłowych energii (koszt nadprzewodnika, biorąc pod uwagę wysoką wartość krytycznej gęstości prądu w porównaniu z ekonomicznie wykonalną gęstością prądu w drutach miedzianych lub aluminiowych, jest niski) i niższy niż koszt linii kablowych.

Ma on prowadzić nadprzewodzące linie energetyczne w następujący sposób: rurociąg z ciekłym azotem układany jest między końcowymi punktami przesyłu w ziemi. Wewnątrz tego rurociągu znajduje się rurociąg z ciekłym helem. Hel i azot przepływają przez rurociągi ze względu na powstanie różnicy ciśnień między punktami początkowym i końcowym. Zatem skraplacze i przepompownie będą znajdować się tylko na końcach linii.

Ciekły azot może być stosowany jednocześnie jako dielektryk. Rurociąg helowy jest podtrzymywany wewnątrz azotu przez stojaki dielektryczne (w większości izolatorów właściwości dielektryczne poprawiają się w niskich temperaturach). Rurociąg helowy ma izolację próżniową. Wewnętrzna powierzchnia rurociągu ciekłego helu jest pokryta warstwą nadprzewodnika.

Straty w takiej linii, biorąc pod uwagę nieuniknione straty na końcach linii, w których nadprzewodnik musi stykać się z oponami w zwykłej temperaturze, nie przekroczą kilku ułamków procentowych, a w zwykłych liniach energetycznych straty są 5 ... 10 razy większe!

Przez siły naukowców z Instytutu Energii imienia G.M. Krzhizhanovsky i All-Union Scientific Research Institute of Cable Industry już stworzyli serię eksperymentalnych segmentów nadprzewodzących kabli prądu przemiennego i stałego. Takie linie będą mogły przenosić moc do wielu tysięcy megawatów z wydajnością ponad 99%, przy umiarkowanym koszcie i stosunkowo niskim (110 ... 220 kV) napięciu. Być może, co ważniejsze, nadprzewodzące linie energetyczne nie będą potrzebować drogich urządzeń kompensujących moc bierną. Konwencjonalne linie wymagają instalacji reaktorów prądowych, mocnych kondensatorów, aby zrównoważyć nadmierne straty napięcia na ścieżce, a linie na nadprzewodnikach są w stanie same się zrekompensować!

Nadprzewodniki okazały się niezastąpione w maszynach elektrycznych, których zasada działania jest niezwykle prosta, ale których nigdy wcześniej nie zbudowano, ponieważ ich praca wymaga bardzo silnych magnesów. Mówimy o maszynach magnetohydrodynamicznych (MHD), które Faraday próbował wdrożyć już w 1831 r.

Idea doświadczenia jest prosta. Dwie metalowe płyty zanurzono w wodzie Tamizy na przeciwległych brzegach. Jeśli prędkość rzeki wynosi 0,2 m / s, to porównując strumienie wody z przewodnikami poruszającymi się z zachodu na wschód w polu magnetycznym Ziemi (jego pionowa składowa wynosi około 5 · 10–5 T), napięcie około 10 μV / m można usunąć z elektrod .

Niestety ten eksperyment zakończył się niepowodzeniem, „generator-rzeka” nie działał. Faraday nie mógł zmierzyć prądu w obwodzie. Ale kilka lat później lord Kelvin powtórzył doświadczenie Faradaya i otrzymał mały prąd. Wydawałoby się, że wszystko pozostało jak w Faraday: te same płyty, ta sama rzeka, te same instrumenty. Czy to miejsce nie jest do końca takie.Kelvin zbudował swój generator na Tamizie, gdzie jego wody mieszają się ze słoną wodą cieśniny.

Oto ona! Woda w dole rzeki była bardziej zasolona i dlatego miała więcej przewodności! Zostało to natychmiast zarejestrowane przez instrumenty. Zwiększenie przewodności „płynu roboczego” jest ogólnym sposobem na zwiększenie mocy generatorów MHD. Ale możesz zwiększyć moc w inny sposób - zwiększając pole magnetyczne. Moc generatora MHD jest wprost proporcjonalna do kwadratu siły pola magnetycznego.

Marzenia o generatorach MHD miały prawdziwy fundament w połowie naszego stulecia wraz z pojawieniem się pierwszych partii nadprzewodzących materiałów przemysłowych (niob-tytan, niob-cyrkon), z których można było stworzyć pierwsze, wciąż małe, ale działające modele generatorów, silników, przewodników, solenoidów . W 1962 r. Na sympozjum w Newcastle Brytyjczycy Wilson i Robert zaproponowali projekt generatora MHD o mocy 20 MW o polu 4 T. Jeśli uzwojenie jest wykonane z drutu miedzianego, wówczas kosztem 0,6 mm / dolara. Straty w dżulach „pochłoną” полез użyteczną moc (15 MW!). Ale w nadprzewodnikach uzwojenie będzie otaczało komorę roboczą, nie będzie w niej strat, a chłodzenie zajmie tylko 100 kW mocy. Wydajność wzrośnie z 25 do 99,5%! Jest coś do przemyślenia.

Generatory MHD zostały poważnie wykorzystane w wielu krajach, ponieważ w takich maszynach można stosować plazmę 8 ... 10 razy wyższą niż para w turbinach elektrowni cieplnych, a zgodnie ze znaną formułą Carnota wydajność nie wyniesie 40, ale wszystkie 60 % Właśnie dlatego w najbliższych latach w pobliżu Ryazana zacznie działać pierwszy przemysłowy generator MHD o mocy 500 MW.

Oczywiście nie jest łatwo stworzyć i używać takiej stacji ekonomicznie: nie jest łatwo umieścić ją w pobliżu strumienia plazmy (2500 K) i kriostatu z uzwojeniem w ciekłym helu (4 ... 5 K), elektrody żarowe palą się i żużel, te dodatki, które trzeba wymywać tylko z żużla które zostały dodane do plazmowego paliwa jonizacyjnego, ale oczekiwane korzyści powinny pokryć wszystkie koszty pracy.

Można sobie wyobrazić, jak wygląda nadprzewodzący układ magnetyczny generatora MHD. Dwa nadprzewodzące uzwojenia znajdują się po bokach kanału plazmowego, oddzielone od uzwojeń wielowarstwową izolacją termiczną. Uzwojenia są zamocowane w tytanowych kasetach, a tytanowe przekładki są umieszczone między nimi. Nawiasem mówiąc, te kasety i przekładki muszą być wyjątkowo trwałe, ponieważ siły elektrodynamiczne w obecnych uzwojeniach mają tendencję do ich rozrywania i ciągnięcia.

Ponieważ w uzwojeniu nadprzewodzącym nie powstaje ciepło, lodówka, która jest niezbędna do działania nadprzewodzącego układu magnetycznego, musi jedynie usuwać ciepło, które dostaje się do kriostatu z ciekłym helem poprzez izolację termiczną i przewody prądowe. Straty w przewodach prądowych można zmniejszyć praktycznie do zera, jeśli zastosowane zostaną zwarte cewki nadprzewodzące zasilane przez nadprzewodnikowy transformator prądu stałego.

Szacuje się, że skraplacz helu, który zrekompensuje utratę helu, który paruje przez izolację, produkuje kilkadziesiąt litrów ciekłego helu w ciągu 1 godziny.

Bez nadprzewodzących uzwojeń duże tokamaki byłyby nierealne. Na przykład w instalacji Tokamak-7 uzwojenie o masie 12 ton przepływa wokół prądu 4,5 kA i wytwarza pole magnetyczne 2,4 T na osi torusa plazmy 6 m3. To pole jest tworzone przez 48 cewek nadprzewodzących, zużywających zaledwie 150 litrów ciekłego helu na godzinę, których ponowne upłynnienie wymaga mocy 300 ... 400 kW.

Duża energia nie tylko potrzebuje ekonomicznych, zwartych, elektromagnesów o dużej mocy, ale bez nich naukowcy pracujący z rekordowo silnymi polami trudno się obejść. Instalacje do separacji izotopów magnetycznych stają się o rząd wielkości bardziej produktywne. Projekty dużych akceleratorów bez elektromagnesów nadprzewodzących nie są już brane pod uwagę.Całkowicie nierealistyczne jest obejście się bez nadprzewodników w komorach bąbelkowych, które stają się niezwykle niezawodnymi i wrażliwymi rejestratorami cząstek elementarnych. Tak więc jeden z rekordowych dużych układów magnetycznych opartych na nadprzewodnikach (Argonne National Laboratory, USA) tworzy pole 1,8 T o zgromadzonej energii 80 MJ. Gigantyczne uzwojenie o wadze 45 ton (z czego 400 kg trafiło do nadprzewodnika) o średnicy wewnętrznej 4,8 m, średnicy zewnętrznej 5,3 mi wysokości 3 m wymaga jedynie 500 kW do chłodzenia do 4,2 K - znikomej mocy.

Nadprzewodzący magnes komory pęcherzykowej Europejskiego Centrum Badań Jądrowych w Genewie wydaje się jeszcze bardziej imponujący. Ma następujące cechy: pole magnetyczne w środku do 3 T, średnica wewnętrzna „cewki” 4,7 m, zmagazynowana energia 800 MJ.

Pod koniec 1977 r. Jeden z największych nadprzewodzących magnesów na świecie, Hyperon, został zamówiony w Instytucie Fizyki Teoretycznej i Doświadczalnej (ITEP). Jego obszar roboczy ma średnicę 1 m, pole w centrum systemu wynosi 5 T (!). Unikalny magnes przeznaczony jest do eksperymentów w synchrotronie protonowym IHEP w Serpukhovie.

Po zrozumieniu tych imponujących liczb stwierdzenie, że techniczny rozwój nadprzewodnictwa dopiero się zaczyna, jest w jakiś sposób niewygodne. Jako przykład możemy przywołać krytyczne parametry nadprzewodników. Jeśli temperatura, ciśnienie, prąd i pole magnetyczne przekroczą pewne wartości graniczne, zwane krytycznymi, nadprzewodnik straci swoje niezwykłe właściwości, zamieniając się w zwykły materiał.

Obecność przejścia fazowego jest całkiem naturalna w przypadku kontroli warunków zewnętrznych. Jeśli występuje nadprzewodnictwo, wówczas pole jest mniejsze niż krytyczne, jeśli czujnik przywrócił rezystancję, pole jest powyżej krytycznego. Opracowano już serię szerokiej gamy nadprzewodzących mierników: bolometr na satelicie może „wyczuć” świecącą się zapałkę na Ziemi, galwanometry stają się bardziej wrażliwe kilka tysięcy razy; w rezonatorach o ultrawysokim Q oscylacje pola elektromagnetycznego wydają się być zachowane, ponieważ nie rozpadają się przez bardzo długi czas.

Nadszedł czas, aby rozejrzeć się po całej elektrycznej części przemysłu energetycznego, aby zrozumieć, w jaki sposób rozproszenie urządzeń nadprzewodzących może przynieść całkowity efekt ekonomiczny. Nadprzewodniki mogą zwiększać moc jednostkową jednostek mocy, moc wysokiego napięcia może stopniowo przekształcić się w amper, zamiast cztero- lub sześciokrotnej konwersji napięcia między elektrownią a konsumentem, naprawdę można mówić o jednej lub dwóch transformacjach z odpowiednim uproszczeniem i tańszym obwodem, ogólna wydajność sieci elektrycznych nieuchronnie wzrośnie z powodu strat w dżulach. Ale to nie wszystko.

Systemy elektryczne nabiorą nieuchronnie innego wyglądu, gdy zostaną w nich zastosowane nadprzewodnikowe urządzenia do magazynowania energii indukcyjnej (SPIN)! Faktem jest, że ze wszystkich gałęzi przemysłu tylko w sektorze energetycznym nie ma magazynów: wytworzone ciepło i energia elektryczna nie mają gdzie magazynować, muszą zostać natychmiast zużyte. Pewne nadzieje wiążą się z nadprzewodnikami. Z powodu braku w nich rezystancji elektrycznej prąd może przepływać przez zamknięty obwód nadprzewodzący przez dowolnie długi czas bez tłumienia, dopóki nie przyjdzie czas na jego wybór przez konsumenta. SPINY staną się naturalnymi elementami sieci elektrycznej, pozostaje jedynie wyposażenie ich w regulatory, przełączniki lub przetworniki prądu lub częstotliwości w połączeniu ze źródłami i odbiorcami energii elektrycznej.

Intensywność energii SPIN może być bardzo różna - od 10–5 (energia portfela, który wypadł z rąk) do 1 kWh (blok 10 ton, który spadł 40 metrów od klifu) lub 10 milionów kWh! Tak mocny napęd powinien mieć rozmiar bieżni wokół boiska, jego cena wyniesie 500 milionów dolarów, a wydajność - 95%.Równoważna elektrownia akumulacyjna będzie o 20% tańsza, ale wyda jedną trzecią mocy na swoje potrzeby! Rozkład kosztu takiego SPIN jest pouczający pod względem jego elementów: do lodówek 2 ... 4%, dla przetworników prądu 10%, dla nadprzewodzących uzwojeń 15 ... 20%, dla izolacji termicznej strefy zimnej 25%, a dla bandaży, elementów złącznych i przekładek - prawie 50 %

Od raportu G.M. Krzhizhanovsky zgodnie z planem GOELRO na VIII Wszechrosyjskim Kongresie Sowietów minęło ponad pół wieku. Realizacja tego planu umożliwiła zwiększenie mocy elektrowni w kraju z 1 do 200 ... 300 milionów kW. Teraz istnieje fundamentalna szansa na kilkadziesiąt razy wzmocnienie krajowych systemów energetycznych, przeniesienie ich do nadprzewodzących urządzeń elektrycznych i uproszczenie samych zasad budowy takich systemów.

Podstawą energii na początku XXI wieku mogą być stacje jądrowe i termojądrowe z niezwykle potężnymi generatorami elektrycznymi. Pola elektryczne wytwarzane przez elektromagnesy nadprzewodzące, potężne rzeki mogą przepływać przez nadprzewodzące linie energetyczne do nadprzewodzących magazynów energii, skąd będą one wybierane przez odbiorców w razie potrzeby. Elektrownie będą mogły wytwarzać energię równomiernie, w dzień iw nocy, a ich uwolnienie z planowanych reżimów powinno zwiększyć wydajność i żywotność głównych jednostek.

Możesz dodać kosmiczne stacje słoneczne do naziemnych elektrowni. Unosząc się nad stałymi punktami planety, będą musieli przekształcić promienie słoneczne w krótkofalowe promieniowanie elektromagnetyczne, aby wysłać ukierunkowane przepływy energii do naziemnych przetworników na prądy przemysłowe. Całe wyposażenie elektryczne systemów elektrycznych w przestrzeni kosmicznej musi być nadprzewodzące, w przeciwnym razie straty w przewodach końcowego przewodnictwa elektrycznego okażą się niedopuszczalnie duże.

Vladimir KARTSEV „Magnes na trzy tysiąclecia”