Medžiagų revoliucija: superlaidumo proveržis su YBCO dangomis
Pagrindinis šios superlaidžios terpės stiprumas slypi sinergetinėje YBCO dangų konstrukcijoje irnatūralių trinkelių. Techninės komandos kaip pagrindą parenka bazalto trinkelėmis (5-8 cm skersmens), kurių gniuždymo stipris ＞200 MPa; jų natūraliai tanki struktūra suteikia stabilų pagrindą superlaidžioms dangoms. Naudojant impulsinį nusodinimą lazeriu (PLD), 1 μm- storio YBCO superlaidi plėvelė (cheminė sudėtis YBa₂Cu₃O₇₋ₓ) nusodinama ant trinkelių paviršiaus, suformuojant keturių -sluoksnių struktūrą: „trinkakmenio substrato - apsauginio sluoksnio {{} sluoksnio {{} Y}B} buferinį sluoksnį“. CeO₂ buferinis sluoksnis veiksmingai išsprendžia gardelės atitikimo problemas tarp trinkelių paviršiaus šiurkštumo ir superlaidžio sluoksnio, todėl dangos kritinis srovės tankis gali viršyti 10⁴A/cm² (esant 77K, savaiminis laukas).
Pagrindiniai našumo rodikliai pabrėžia jos pranašumus: YBCO dangos kritinė temperatūra yra 92 K (-181 laipsnis), aukštesnė nei skysto azoto virimo temperatūra (77 K). Tai reiškia, kad superlaidžią būseną galima palaikyti naudojant skystą azotą, o ne brangų skystą helią (virimo temperatūra 4,2 K), todėl aušinimo terpės sąnaudos sumažėja daugiau nei 90%. Be to, natūralus lenktas trinkelių paviršius užtikrina tolygesnį srovės pasiskirstymą (radialinis srovės nuokrypis ＜2%), išvengiant kraštinės srovės koncentracijos tradicinėse plokščiose superlaidžiose juostose ir padidinant stabilumą perduodant didelę srovę.
Lyginamieji bandymai rodo: esant 10 kA srovei, superlaidžių trinkelių kintamosios srovės nuostoliai sudaro tik 0,001 % varinių kabelių, kurių skerspjūvis-, be varžinio šildymo-visiškai išsprendžiama „linijos praradimo“ problema, kurią sukelia džaulio kaitinimas tradiciniuose laiduose.
Energijos efektyvumas: beveik{0}}nulinis{1}}perdavimo revoliucija
Valstybės tinklo UHV laboratorijos matavimai patvirtina superlaidžių trinkelių efektyvumo proveržį. Atliekant bandymus su 100 km imituota perdavimo linija:
Tradicinių 500 kV varinių -gyslų kabelių perdavimo nuostoliai siekė 7,2 % (perduodant 1000 MWh prarandama 72 MWh);
Perdavimo linijos, surinktos iš superlaidžių trinkelių (tokios pačios talpos), prarado tik 0,0001 %, o tai reiškia, kad per 1000 perduotų MWh prarandama tik 0,1 kWh, -atsižvelgiant į 50 MW šiluminės elektrinės metinius gamybos nuostolius.
Šis ypatingas efektyvumas ypač vertingas perduodant didelius{0}}atstumus,{1}}didelės talpos. Kinijos „West{3}}to-East Power Transmission“ UHV projektui superlaidžios trinkelių terpės kasmet galėtų sutaupyti 1,2 mlrd. kWh vienai ±800 kV linijai,{7}}tai atitinka standartinį anglies suvartojimą 600 000 tonų ir CO₂ išmetimą iki 1 ns.
Be to, jo didelis srovės tankis (10⁴A/cm², 100 kartų didesnis nei varinių kabelių) labai padidina perdavimo pajėgumą: 8 cm-skersmens superlaidžių trinkelių pluoštas gali perduoti 5000MVA–20 kartų daugiau nei tradiciniai 100 mm² variniai kabeliai. Tai žymiai sumažina perdavimo linijų ploto poreikį, todėl jis idealiai tinka požeminiams vamzdynams miesto elektros tinkluose atnaujinti.
Aušinimo sprendimas: Modulinių LN₂ sistemų kainos pranašumai
Praktinis superlaidžių trinkelių pritaikymas priklauso nuo efektyvių,{0}}nebrangių aušinimo sistemų. Techninės komandos sukurta modulinė skysto azoto (LN₂) cirkuliacinė sistema puikiai sprendžia tradicinės superlaidžios įrangos „sunkiai aušinimo ir priežiūros reikalaujančius“ skausmo taškus:
Sistema naudoja paskirstytą dizainą, kiekvienas 100 superlaidžių trinkelių suporuotas su mikro LN₂ rezervuaru (50 l talpos) ir cirkuliaciniu siurbliu, sujungtu poliimido žarnomis, kad sudarytų nepriklausomą aušinimo įrenginį;
LN₂ garavimas kontroliuojamas 0,5 l/h (palyginti su . 2 l/h tradicinėmis centralizuotomis sistemomis), nes natūralus trinkelių kreivumas sumažina šilumos tiltelį, sumažinant šilumos nuostolius 75 %;
Priežiūroje naudojamas „plug{0}}and-play“ modelis: vieno modulio gedimas neturi įtakos visai linijai, o pakeitimo laikas ＜30 minučių – 10 kartų efektyvesnis nei tradicinės superlaidžios linijos (reikia visiškai išjungti).
Sąnaudų apskaita rodo, kad metinės veiklos išlaidos (įskaitant LN₂ papildymą ir įrangos priežiūrą) yra 0,2 USD/m, tai tik 40 % tradicinių skysto helio aušinimo sistemų (0,5 USD/m) -60 % sumažintos sąnaudos. Be to, LN₂ galima gaminti vietoje- naudojant oro atskyrimo įrangą (kaina ~0,1 USD/L), pašalinant transportavimą dideliais atstumais ir dar labiau sumažinant tiekimo grandinės riziką.
Šiuo metu technologija bandoma pramoniniame parke Dziangsu provincijoje. 1 km superlaidi trinkelėmis grįsta perdavimo linija stabiliai veikė 18 mėnesių ir išlaikė 99,9999 % perdavimo efektyvumą-, tai patvirtina jos patikimumą praktiniuose elektros tinkluose. Kaip pažymėjo „State Grid“ inžinierius: „Superlaidūs trinkelės nulinio{6}}varžumo perdavimo iš laboratorijos perkėlė į inžinerinį pritaikymą. Tai ne tik nauja medžiaga, bet ir energijos perdavimo sistemų paradigmos pokytis“.