وتمثل الموصلات الرئيسية واحدة من أكثر الظواهر بروزا في الفيزياء المزودة بالمواد: المواد التي تبرد تحت درجة حرجة معينة، وتدير الكهرباء بصف صفري من المقاومة الكهربائية، وهذه الممتلكات الاستثنائية، إلى جانب القدرة على طرد الحقول المغناطيسية، تفتح الطريق أمام نظم نقل الطاقة تكون أكثر كفاءة من الناحية الأساسية، وفي عصر تتزايد فيه مطالب الطاقة والأهداف المناخية العاجلة، يمكن للموصلات الخارقة من إزالة الخسائر المقاومة في النفايات الكهربائية.

اكتشاف وضروريات التخدير

وتبدأ قصة الموصلات الخارقة في عام 1911، عندما قام الفيزيائي الهولندي هايك كاميرلينج أونيز، بعد فترة وجيزة من النجاح في الهيليوم، بقياس المقاومة الكهربائية للزئبق الصلب، ولاحظ أن درجة الحرارة تبلغ نحو 4.2#160؛ K (P#8722؛ 269#160؛ ° س)، فإن المقاومة التي انحدرت إلى صفر من الظواهر الوبائية.

([11]) [يُعرّف الموصل الرئيسي بممتلكات توقيع: المقاومة الكهربائية في العاصمة و[FLT:] تأثيرات [الحالة:] [الطرد من الحقول المغناطيسية من داخل المادة]()

Properties of Superconductors in Detail

صفر المقاومة الكهربائية

وفي محركات عادية مثل النحاس أو الألمنيوم، يُطلق الإلكترونية من الازدحام، والهزات البطيئة (الزائف)، وغيرها من أوجه القصور، وتُزيل الطاقة كدفئة، وهذا التحلل هو السبب الجذري لخسائر النقل التي يمكن أن تشكل 5-10-و-160؛ ونسبة مئوية من الكهرباء المتولدة في موصلات خارقة، والكهرباء المثبتة إلى ما يسمى [1]

الديموجنتية المثالية و ميسنر

وعندما تنتقل المواد إلى الدولة التي تقوم بعملية التصريف، فإنها تطرد فعليا أي حقل مغناطيسي خارجي من داخلها (تُقدم القوام الميداني إلى أقل من Hc ) وهذا ليس مجرد نتيجة مقاومة صفرية؛ بل هو انتقال في مرحلة حرارة حرارية، ويجعل تأثير ميزنر موصلاً خارقاً لخطوط مغنطية مثالية:

النوع 1:160؛ I and Type#160;II Superconductors

(ه) [و] الموصلات العليا مصنفة بشكل عام إلى نوعين. [[FLT:] TF] [FT] [FL] الطاردات: 160؛ Iconductors

الكثافة الحالية الحرجة

(ج) قدرة [الجين] على حمل السيولة يحدها الكثافة الحالية الحرجة (Jc) وتتجاوز هذه القيمة قوة لورنتز على الفلورية قوة كافية لإبطالها، مما يسبب التشت.

طلبات الموصلين الرئيسيين في نقل السلطة

وتعالج الممتلكات التي لا توجد فيها أي مقاومة مباشرة أحد أكثر أوجه عدم كفاءة شبكة الطاقة استمرارا: فقدان التدفئة في الأورام، وباستبدال موصلات النحاس أو الألمنيوم التقليدية التي تستخدم كابلات مشغلة، يمكن للمرافق أن تنقل قدرا أكبر من الطاقة لكل قطاع، مع خسائر لا يُذكر، على مسافات طويلة، ويبحث هذا القسم التطبيقات الرئيسية لنقل الطاقة التي يجري تطويرها حاليا أو التي تم نشرها بالفعل.

أجهزة توليد الطاقة الكهربائية

وتشكل الكابلات المُسدِّرة أكثر التطبيقات مباشرة للبث، وهذه الكابلات تتألف عادة من جرح سابق (غالباً أو فولاذ لا يصق) بأشرطة HTS، محاطاً بمستويات من العزل الكهربائي (الورق المُشَرَّع بالنيتروجين السائل) وجهاز شعاعي للحفاظ على درجة حرارة منخفضة، وتُبَدَّد التجمع بكامله بواسطة النيتروجين السائل في 65-77-#60؛

وتشمل الفوائد الرئيسية ما يلي:

  • Ultra-low losses.] The only losses come from resistive termination joints, dielectric stress in the insulation, and the cryocooler power-typically one-tenth those of conventional cables.
  • High power density.] A single superconducting cable can carry three to five times the current of a conventional copper cable of the same diameter, reducing the need for overhead rights-of-way or underground harmony space.
  • Improved voltage regulation.] Lower line impedance reduces voltage drop along the cable, improving grid stability.

وقد أظهرت عدة مشاريع تجريبية هذه التكنولوجيا، فعلى سبيل المثال، قام مشروع " إلباني HTS Cable " () في نيويورك بتشغيل 350 متراً، و34.5 كيلو فولت مكعب، وهو يزود بالطاقة التجارية لعدة سنوات.() وتركز الآن إدارة الطاقة على إعادة تشكيل الممرات الحضرية الجوفية.

الخزينة الحالية

وعندما يحدث خطأ (دائرة النقل) على خط انتقال، يمكن أن تصل التيارات الخاطئة إلى 10-20 مرة من الدرجة العادية، ويجب أن تكون أجهزة الكسر في الدائرة التقليدية زائدة عن الحاجة لمعالجة هذه الطفرة، ويمكن أن تؤدي الإجهاد الميكانيكي/الطبيعي إلى إلحاق الضرر بالمعدات.

Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES)

SMES systems store energy in the magnetic field created by a conconducting coil. because the coil has zero resistance, the energy can be injected and extracted with very high round-trip efficiency (above stab#160;%) and extremely fast response (milliseconds). SMES units are deployed primarily for power quality improvement: damping oscillations, compensating to voltilage

المتحولون المتفوقون

ومحوّلات الطاقة التقليدية ثقيلة ومليئة بالنفط وتعاني من خسائر في النواحي الأساسية والريحية (من 1 إلى 3 إلى 160؛ في المائة من الطاقة المقيسة) وقد تكون المحولات المؤثرة، والجرح باستخدام جهاز HTS اللاسلكي والمبرد بالنيتروجين السائل، 40 إلى 60؛ والخفيف المأخوذ من نوع ZAGB، بالإضافة إلى ذلك، توفر سلوكا متأصلا للحد من الأخطاء بسبب الظروف المخففة تحت الغطاء النوافذة(60).

أجهزة التناوب

ويمكن أيضاً استخدام رياح التموين المُسبق في المحركات والمولدات، لا سيما في التطبيقات الكبيرة مثل التوربينات الريحية أو الدفع بالسفن، وباستبدال الرياح الميدانية النحاسية بغازات HTS، يمكن مضاعفة أو ثلاث مرات، مما ينتج عنه كثافة حرارية عالية جداً، مما يقلل من حجم ووزن المولدات الكهربائية بالنسبة لمنصات بحرية معينة منصة كهرباء - درجة حرجة في المفاعلات.

التحديات التي تواجه الانتشار الواسع النطاق

ورغم الفوائد التقنية الواضحة، فإن الانتقال المفرط للطاقة يواجه عدة عقبات هائلة أبقت تكنولوجيا الكيمياء بدلا من عنصر الشبكة الرئيسية.

الطاقة والتكلفة

ويحتاج جميع الموصلات الخارقة التي تم اكتشافها حتى الآن إلى التبريد في درجات الحرارة المسببة للبرد، إذ يعمل الموصلون فوق درجة الحرارة المنخفضة بحوالي ٤,٢ و١٦٠؛ ك، مما يتطلب وجود هيليوم باهظ التكلفة، ويمكن للموصلات الخارقة العالية الحرارة أن تعمل بحوالي ٦٥-٧٧/٦٧ كحولي، وباستعمال النيتروجين السائل الذي هو أكثر تكلفة وأسهل التعامل معه)١٥(.

تصنيع المواد وتكاليفها

HTS materials such as YBCO (YBa2Cu3O7) and BSCCO (Bi2Sr2CaCu2O8) are brittle ceramics. To produce flexible wire or tape, these materials must be deposited in pal movies on metal substrates with complex buffer layers. The manufacturing process is slow, expensive, and must achieve extremely uniformity to ensure high J

الخسائر في الأرواح

وفي حين أن الموصلات الخارقة تحمل شركة DC مع خسارة صفرية، فإنها تعاني من تذبذب الطاقة تحت التيار المتناوب، ويتسبب تغير الحقل المغناطيسي في خسائر هستيرية في الموصل الفائق وخسائر في الخانات المعدنية، وهذه الخسائر هي جزء من تلك التي في النحاس، ولكنها تضيف إلى حمولة التبريد، وتظل الخسائر في التموينات والنسيج.

Connections and Terminals

ويجب أن ينتقل كابل مُخطّط إلى الإنهاءات المقاومة التقليدية في كلا النهايتين، ويجب أن تُعالج هذه المفاصل الكثافة العالية الحالية، وأن تحافظ على مقاومة منخفضة للاتصال، وأن تُبرد، ويمكن أن تصبح الإنهاءات المصممة بطريقة سيئة المصدر المهيمن للخسارة أو حتى تسبب التدفئة المحلية التي تُعقد في كتلة، وعلاوة على ذلك، يجب على نظم الحماية أن تُسرّع وتُلّصّل من أجل منع وقوع ضرر دائم للموصل إلى الموصلة.

التوقعات المستقبلية والتوجيهات البحثية

وتتواصل البحوث على جبهات متعددة للتغلب على الحواجز وتقريب نقل الطاقة من الواقع التجاري.

موصلات خارقة للطبيعة

إن العنب المقدس مادة تحل محل درجة الحرارة والضغط في المحيط، ففي عام 2023، ادعت ورقة مثيرة للجدل أن هناك قدرة خارقة على الانتقال في غرفة محمولة بالنيتروجينات، ولا تزال تعمل في مجال النقل الإلكتروني سوى على نحو 000 20 جو، ولم تؤكد المحاولات اللاحقة للتكرار النتيجة، ومع ذلك فإن البحث عن موصلات خارقة للهيدرات ومراحل أخرى غير حيوية (مثلاً).

ثاني جيلات

وتزيد شركات تصنيع المواد من إنتاج الجيل الثاني من الجيل الثاني من الهاتف باستخدام تركيب الليزر من الرايل والغطاءات العازلة المتقدمة.() وقد أظهرت شركة SuperOx، على سبيل المثال، أشرطة سعة كيلومترات طويلة من طراز REBCO ذات طبقات حرجة تتجاوز 500#160؛ وA/cm-wid.

مظاهرات غريد - سكال

وتمول الحكومات والمرافق مشاريع بيانية أكبر لتقليل مخاطر التكنولوجيا، وقد خصصت U.S. Department of Energy’s Grid Resilience programs] 48 مليون دولار للصيد العرضي للكابلات والتظاهرات الحالية الحدية الخاطئة، وفي أوروبا، نشر مشروع أفضل الطرق كابل طويل الأجل من طراز HTS في المدينة الألمانية للموثوقية، وهذه البيانات المتعلقة بمقومات الواقعية.

النظم الهجينة والوصلات المؤثرة

ومن الوسائل الواعدة جدا استخدام وصلات موصلات موصلات موصلات مسطحة لربط مزارع الرياح البحرية، والمتنزهات الشمسية، والربط البعيد المدى بينات البلدان النامية، وتتجنب الكابلات التي تستخدم فيها أجهزة التليفزيون الخسائر كليا، ويمكن تبرير تكلفة جهاز التكديس عن طريق الطاقة العالية جدا التي تنقل (الغاوات المتقطعة) ويمكن استخدام كابل من طراز HTS معدله في 10 مقطع بصري فوق 160؛

خاتمة

إن الخواص الكهربائية للموصلات الخارقة - مقاومة البيوت الصفرية، وتقنية الديماغنيت، وسرعان ما تكونان في غاية الأهمية، ومسار تحويلي لنقل الطاقة، وخطوط التموين الرئيسية، وأجهزة الحد من الطاقة، وخزن الطاقة المغناطيسية، والمحولات، والآلات الدوارة، كلها عوامل تدل على مكاسب ملموسة في الكفاءة، وانخفاض البصمة، وتحسين الموثوقية مقارنة بالتكنولوجيا التقليدية، وما زالت العقبات الرئيسية هي تكلفة وتعقيدات في صنع المواد ذات القدرة الكهربائية