Supercondutividade no setor de energia elétrica: presente e futuro

O padrão geral de nosso tempo é o estreitamento da lacuna entre uma descoberta específica e sua implementação. Uma vez que esse intervalo atingiu centenas de anos, agora diminuiu para o mínimo. Por exemplo, a introdução da fotografia está 112 anos atrás de sua abertura. Os fertilizantes minerais começaram a ser usados ​​70 anos após sua criação, comunicações telefônicas - após 50 anos, radiodifusão - após 35, radar - após 15, televisão - após 12, bomba atômica - após 6 anos, transistor - após 3 e laser - após apenas 2 anos anos.

O início do uso técnico dos supercondutores remonta a 1955, quando o primeiro eletroímã foi criado com a ajuda deles. 56 anos se passaram desde a descoberta da supercondutividade até sua introdução. Qual é o problema?

Segundo alguns físicos britânicos, esse atraso se deve a duas razões: o desenvolvimento insuficiente da tecnologia criogênica e a descoberta de apenas supercondutores puros e suaves. Os materiais duros com parâmetros tecnicamente aceitáveis ​​só se tornaram conhecidos em 1930, e apenas um quarto de século depois disso, os condutores desses materiais foram realmente criados. E imediatamente um solenóide com um enrolamento supercondutor foi construído e testado com sucesso. Nasceu a supercondutividade técnica.

Assim, a invenção e o início do uso de materiais supercondutores tecnicamente adequados coincidiram no tempo (1955). Mas a invenção real de supercondutores ocorreu, talvez, mais tarde. Afinal, foi somente em 1963 que foi possível criar fios realmente viáveis, que tiveram que ser mais lentos para a estabilização térmica. Paradoxalmente, é um fato: a introdução de supercondutores começou oito anos antes de sua descoberta real.

Hoje, os supercondutores são praticamente usados ​​na física, onde grandes instalações de pesquisa e novos dispositivos são usados ​​há muitos anos. Da imprensa, são conhecidas aplicações únicas de motores elétricos supercondutores, giroscópios, solenóides em navios, aeronaves. Na medicina, surgiram medidores supercondutores de campos magnéticos criados por organismos vivos.

O uso de supercondutores no setor de energia e nos transportes é altamente relevante. Aqui, o trabalho preparatório está em andamento há muitos anos, mas novas máquinas e cabos ainda não estão em operação. Porque

Existem muitas razões para adiar a data do uso massivo de supercondutores na economia nacional. Por exemplo, não foi fácil desenvolver uma teoria da supercondutividade, mas não é menos difícil para os engenheiros dominarem essa teoria. Uma tarefa inesperadamente difícil foi a construção de fios supercondutores, não há outra palavra para o processo de criação de uma composição de vários elementos a partir de metais diferentes. A produção de fitas supercondutoras, pneus e fios exigiu o desenvolvimento de tecnologia especial, a criação de máquinas especiais e até novas indústrias.

Grandes dificuldades estão associadas ao suprimento criogênico de objetos supercondutores, porque a supercondutividade ocorre apenas em temperaturas muito baixas. Foram necessários caminhões refrigerados de alta potência.

O desenvolvimento da tecnologia criogênica é impensável sem o uso de um vácuo profundo, então você precisa aprender como recebê-la e mantê-la. E, claro, medições: precisamos de sensores e dispositivos especiais, fios de controle que passem por cavidades com diferentes temperaturas.

Mas quando for possível superar todas essas dificuldades, não será fácil resolver o problema elétrico. Até agora, na engenharia elétrica de alta potência, geralmente são usadas correntes de dezenas a centenas de amperes, e é técnica e economicamente viável transferir correntes milhares de vezes mais altas através de supercondutores. Mas são necessárias instalações multi-amp?

Tais instalações existem, mas são poucas. Não é fácil criá-los, porque a capacidade de carga atual dos condutores tradicionais, cobre e alumínio, é limitada. Agora que, com a ajuda de supercondutores, é possível aumentar repetidamente as densidades de corrente e as próprias correntes, seria realista falar sobre a modernização de todas as instalações de energia elétrica, de usinas a consumidores. Mas esse ajuste é necessário? Caso contrário, por que criar componentes elétricos supercondutores?

Tais unidades devem ser multi-ampères, isso é inegável. Afinal, os supercondutores são um material condutor maravilhoso. Mas os circuitos elétricos são projetados para pequenas correntes e tensões muito altas. Bem, incorporar objetos com vários amperes em circuitos de baixo ampere? Irrealista. E a reestruturação completa de todos os equipamentos de energia elétrica é uma tarefa enorme. Os supercondutores realmente encontrarão seu lugar apenas em instalações físicas exclusivas?

No entanto, as dificuldades do problema associado à introdução de supercondutores estão gradualmente sendo resolvidas. Quando o trabalho aplicado com supercondutores começou, a falta de pessoal treinado, novos materiais, equipamentos e dispositivos foi especialmente aguda. Mas ainda assim, um após o outro, surgiram pequenos modelos. Há uma demanda constante por novos fios, fluidizadores, instrumentos e sensores. Físicos e matemáticos estão envolvidos na solução de problemas puramente práticos: determinação de campos e correntes críticos, avaliação de perdas CA, cálculo do comportamento termoestável de supercondutores em hélio líquido.

Hoje, centenas de equipes de pesquisa estão envolvidas nos problemas de supercondutividade técnica. Planos de pesquisa de longo prazo foram identificados, cadeias de trabalho foram formuladas, listas de instalações a serem implementadas estão prontas.

No geral, pode-se considerar que o trabalho de busca necessário para criar as principais amostras dos supercondutores do equipamento foi realizado em cerca de 30-50%. Entre os modelos criados estão os eletroímãs para pesquisas físicas e turbogeradores, motores, transformadores supercondutores e seções de cabos, rolamentos e dispositivos.

"Os próximos anos serão cruciais para a transição de supercondutores de laboratórios para a indústria para aplicações em larga escala", disse J. Bardin, vencedor do Prêmio Nobel, duas vezes.

Leia sobre o futuro da supercondutividade no próximo artigo.

Mikhail Chernov https://ptv.electricianexp.com

Continuação:

O futuro são supercondutores