הגבול החדש של אנרגיה Transmission

במשך יותר ממאה שנים, רשת החשמל העולמית התבססה על מול מולטי נחושת ואלומיניום כדי להעביר כוח מגנרטורים לצרכנים.כפי שמרחקי השידור גדלים יותר – מהירויות ארוכות יותר, מעבר לים, או חיבור חוות מתחדשות מרחוק לערים – הפסדים משמעותיים בכבלים קונבנציונליים הופכים למכשול כלכלי וטכני מתפורר, שמנצל את התופעה של מוליכות העל, מציע אלטרנטיבה רדיקלית: כבלים חזקים מאוד, אשר ממשיכים לחשוב על התפלגות אנרגיה לאפסת מודרנית, כמעט, עד כה, על מנת למנועית חשמל לאפסת חשמל לאפסת, ומודרנית, עד כמה שכמעט בלתי-זמנית, עד לכדי פתרון חשמליות, שגרמה לכדי פתרון מודרני של קרינה מתקדמת, כמעט, שכמעט-זמנית, לכדי פתרון חשמליות, לכדי פתרון יעיל של אנרגיה, לכדי פתרון יעיל של אנרגיה לאפסת, שהפכה לכדי פתרון יעיל של אנרגיה, שכמעט-לטרה-לטרה-לטרה-לטרה-אפגניבה, שכמעט-לטרה-זמנית, שכמעט-כך, שכמעט-זמנית, שכמעט-כך, שגרמה לכדי פתרון יעיל, שכמעט-זמנית, שהפכה לכדי למנוע, לכדי פתרון יעיל לכדי פתרון יעיל של אנרגיה לא

מאמר זה בוחן את ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיית שידור מבועתת, מחומרים מורכבים חדשים ועד מערכות קירור מתוחכמות, ומעריך את הביצועים של העולם האמיתי של טייסים תפעוליים.We גם לחקור את האתגרים המתמשכים - עלות, אמינות, מורכבות תשתיות - ואת מפת הדרכים שיכולה להפוך את "כבישי אנרגיה" תכונה סטנדרטית של מערכות כוח עתידיות.

המונחים: Cryogenic Powermission

הפיזיקה של Zero Resistance

מוליכות מתרחשת כאשר חומרים מסוימים מגניבים מתחת לטמפרטורה קריטית, שבו הם מאבדים בפתאומיות את כל התנגדות חשמלית.בכבל superconducting, אלקטרונים זוג לתוך זוגות קופר העוברים דרך הליטייס מבלי לפזר, המאפשרים את הניתנות הנוכחית מאות פעמים גדול יותר מאשר במוליכים רגילים.

מערכות שידור Cryogenic לשמור על הטמפרטורות האלה באמצעות צמחי קירור מיוחדים צינורות ואקום מבודדים צינורות.הכבל עצמו הוא בדרך כלל מורכב של טייפים על מוליכים למחצה פצע סביב לשעבר, מוקף שכבות של בידוד תרמי ו a נוזל-nitrogen או נוזל-הל קירור מעיל. בקצה הקו, סיום מחבר את החלק ה Cryogenic לתשתיות רשת קונבנציונליות, ניהול המעבר מהתנהגות סופר-על להתנהלות נורמלית.

מדוע מרחקים לטווח ארוך דורשים גישה חדשה

קווים מתקדמים להחלפה הנוכחית (HVAC) וזרם גבוה (HVDC) סובלים מהפסדים מצטברים עמידים שנעים בדרך כלל בין 2 אחוזים ל- 5 אחוזים ל-1,000 ק"מ ל-3,000 ק"מ, הפסדים אלה יכולים לעלות על 15% מהכוח המועבר, מה שהופך פרויקטים ללא חסכוניים.

ארכיון תגיות: Early Milestones

הרעיון של כבלי כוח על מוליכים למחצה מתוארך בשנות ה-60, זמן קצר לאחר גילוי של סוג-II superconductors. ניסויים מוקדמים השתמשו סגסוגת niobium-titanium קריר עם helium נוזלי (-269 ° C), השגת יכולות נוכחיות מרשימים אבל בעלות אסרטיבית. 1986 של מוליכים סופר-מבנה-טמפרטורה גבוהה (HTS) על ידי Bedznor ו- Müller, אשר פועל מעל נקודה של ירידה דרמטית של אובדן של עלויות גל חנקן (C) חנקן (C) חנקן (R) חנקן).

כבל HTS הראשון של השירות הותקנ בשנת 2006 באללבני, ניו יורק, תת-קרקעית, הנושא 48 מגה-וואט מאז, פרויקטים ביפן, גרמניה, דרום קוריאה, וארצות הברית הפגינו יותר ויותר קווי קיבולת גבוהה יותר. A ציונית ב-Essen, גרמניה, בשנת 2014, רץ 1 ק"מ של כבל HTS בסביבה עירונית, בעוד ש- Electric Power Corporation (KCO) הזמין 1.5 ק"מ על גבי שטח משותף, ו-Java, ו-Java, בשנת 2014, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , בשנת 2014, , , , , 1 ק"מ-1.5 ק"מ-1.5 ק"מ-1.5 ק"מ-1.5 ק"מ, , , , , , תקן מרכזי ניהול משותף, בשנת 2014, בשנת 2014, בשנת 2014, , בשנת 2014, , בשנת 2014, , , , , , בשנת 2014, , בשנת 2014, , בשנת 2014, , בשנת 2014, , בשנת 2014, ניהלו של ניהול משותף של ניהול משותף של ניהול משותף של 1 ק"מ של 1 ק

פריצות טכנולוגיות אחרונות

חומרים מורכבים

ההתקדמות המשמעותית ביותר הגיעה מהתקדמות במוליכים בעלי-על בטמפרטורה גבוהה. Ytrium barium נחושת תחמוצת-חמצני (YBCO) מדביקה מוליכים, המיוצרת כקלטות גמישות באמצעות ion-beam Assist deposition (IBAD) ו- Vaporation כימי של מתכת-OCVD), עכשיו להשיג משקעים קריטיים מעל 500 / CM-Fal-FRE מייצג את ה-K2-CDC-C1-C-FD-D.

חומר מבטיח נוסף הוא מגנזיום diboride (MgB2), אשר superconducts ב 39 K - גבוה יותר מאשר ⁇ חנקיום אבל נמוך יותר HTS. MgB2 חוטים ניתן לייצר בעלות נמוכה בהרבה מאשר קלטות YBCO, והם פועלים ביעילות כאשר קריר על ידי מקרנים סגורים מחזוריים או נוזל מימן.

Cryogenic Cooling System Innovations

קירור נשאר ההוצאה המבצעית היחידה בהעברה מבועתת.התפתחויות האחרונות התמקדו בצמצום הדרישה לחשמל הקירור ושיפור האמינות של המערכת. Reverse Brayton-cycle Cryocools, אשר משתמשים ב- turbo-expanders במקום דחוסים piston, עכשיו להשיג יכולות קירור של 30 קילוואט ב-77 K עם ביצועים יעילים (COP) מעל 0.15 - יותר מאשר יעילות כפולה של מכונות תחזוקה ישנות יותר מ-repert-irling אלה דורשות פחות.

גישות קירור פאסיביות, כגון שימוש בחנקן נוזלי כמו גם קירור ודיאלקטרי, יש עיצוב פשוט של הפסקת כבל. Vacuum-inulated צינורות גמישים הפחיתו את דליפת החום מתחת 1 W /m, המאפשר תחנות קירור בודדות לנהל כבלים עד 50 ק"מ ארוך. A דוגמה בולטת היא FLT:0U.S של תוכנית ARPA-EFalrated של אנרגיה, אשר ממומנת 40.1% מהפיתוח המתקדמים בצורות נמוכות יותר.

עיצוב כבל והפקה מראש

כבלים מודרניים בוכים יותר ויותר משתמשים בעיצוב "דיאלקטרי קר", שבו המוליכים העל-מוליכים מוקפים נייר מבוזר נוזלי או אינסטלציה פולימרית. גישה זו מאפשרת לכבל לפעול במתחים גבוהים יותר (עד 400 kV שיא) תוך שמירה על קוטר משותף של קריאות אלטר-דפל החליפו צינורות קשיחים, ומאפשרים מבחינה היסטורית להיות מתפתלים לתוך מחסומים מחתרתיים, והופכים כעת לפולקטיימים של שימוש ברקמות חלשות.

כמה יצרנים פיתחו כבלים "מפוצצים" שניתן להתקין באורכו רציף אחד של עד 5 ק"מ, הפחתת מספר הסעדים.המפעל הראשון של ה- HTS, שהועבר על ידי Nexans בשנת 2021 עבור FLT:0 Long Island Power Authority ProjectFLT:1, מבטל את סיום השדה לחלוטין, שיפור משמעותי.

יתרונות מרכזיים להפצת אנרגיה אולטרה-טווח

ליד ZROST REFICTION

ביטול הפסדים מנוגדים הוא היתרון הברורה ביותר.כבל מוליכים למחצה הפועל ב-200 kV ו-10 kA חווה פחות מ-0.5 אחוזים אובדן אנרגיה הכולל, כולל אובדן קירור של יותר מ-5,000 ק"מ, זה משווה ל-15% להפסדים של HVDC קונבנציונלי.ההשפעה הכלכלית היא עצומה: עבור קישור של 10 GW, צמצום ההפסדים ב-13% חוסך בערך 8 מיליון דולר בשנה בעלויות סיטונאיות (ב-05/Wk).

הכח המסיבי דונות טביעת רגל קטנה

זוג כבל Cryogenic יחיד יכול לשאת 5-10 GW - שווה לתפוקה של חמישה כורים גרעיניים גדולים - עם קטע צלב של 20 ס"מ קוטר.זה אומר מסדרון תת-קרקעי של 5 ק"מ יכול להחליף קו מעל 500 kV מעל פני דורש זכות 50 מ' של כביש, צמצום השימוש הקרקע ואפקט חזותי.

שילוב של משאבים בלתי ניתנים להתחדשות

משאבי השמש והרוח הטובים ביותר ממוקמים לעתים קרובות רחוק ממרכזי אוכלוסייה.התמסורת Cryogenic הופכת את זה קיימא מבחינה כלכלית לבנות פרויקטים מתחדשים בקנה מידה גדול בסהרה, המדבר גובי, או פטגוניה ולספק כוח ליבשות אלפי קילומטרים משם. בשילוב עם הפסדים המרה באלקטרוליטים לייצור מימן, קישורים סופר-מוליכים למרחקים ארוכים יכולים גם לאפשר יצוא מימן ירוק בקנה מידה.

שיפור יכולת הצמיחה ואיכות הכוח

מכיוון שלכבלים מבוצצים יש מאוד אינדוקטיביים ורגישות בהשוואה לקווים מעל פני השטח, הם יכולים להגיב במהירות כדי לטעון שינויים ולהקטין את המתחים.הם גם לא מציגים עיוות הרמוני, מה שהופך אותם אידיאליים לחיבור עומסים תעשייתיים רגישים או שילוב עם תחנות המרת HVDC.היכולת לשאת הן כוח פעיל והן פעיל תגובתי באופן גמיש משפר את חוסן המערכת הכולל.

אתגרים יוצאי דופן וכיוונים מחקר נוכחיים

עלויות הון והשקעות תשתיות

למרות עלויות החומר הנופלות, שידור Cryogenic נשאר יקר.A 10 GW, 3,000 ק"מ קישור צפוי לעלות 8-12 מיליארד דולר, בערך 2-3 פעמים העלות של קו HVDC דומה.הפרימה מוצדקת על ידי הפסדים חיים נמוכים יותר, אבל שירותים ומשקיעים פרטיים דורשים ביצועים מובטחים מעל 30 שנים.

ניהול לטווח ארוך וניהול Fault Management

כבלים מוליכים על ידי מוליכים לסבול אירועים קטסטרופליים אם זרמי אשמה עולים על סף קריטי.התקדמות במגבלה הנוכחית של תקלות המשלבות את הכבלים עצמם הראו הבטחה להגביל את זרמי השיא.בנוסף, המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) חוקרת כבלים מבוכיים היברידיים הכוללים מנצח מקביל לטפל בעומסים טרנספורמטיביים ללא nchque.

מקפיאים Cryogenic Refrigeration Redundancy

קו שידור Cryogenic דורש קירור מתמשך: כל הפרעה יכולה לחמם את הכבל מעל הטמפרטורה הביקורתית, וכתוצאה מכך כישלון התנגדות, אלא אם כן הקו הוא במהירות de-energized. דו-חמצני עם מכווצים מודולריים, כל אחד מהם נתמך על ידי מיכלי אחסון נוזלי חנקן, לספק אינרציה תרמית ו-48 שעות של פעולה לאחר כישלון כוח.

שיקולים סביבתיים ובטיחות

חנקן נוזלי הוא אינרציה, שופע, ולא ניתן לגרוע, מה שהופך אותו בטוח עבור פריסה עירונית.עם זאת, כמויות גדולות של helium נוזלי (שימוש במערכות מוקדמות) הם נדירים ויקרים.מערכות מודרניות משתמשות אך ורק חנקן או מימן. הידרוגן-קועשנר מ- MgB2 כבלים, תוך מתן טמפרטורות הפעלה גבוהות יותר, מציג סיכונים לפיצוץ הדורשים חיזוי קפדני ודלפת.

יישומים עתידיים של Outlook ו- Emerging Applications

רשתות האנרגיה של היבשת

כמה הצעות חזון משלבות כעת שידור Cryogenic כעמוד השדרה של רשת אנרגיה מתחדשת גלובלית.התכניות המעודכנים של קרן המדבר קוראות לכבלים העל-מוליכים לחצות את הים התיכון כדי לקשר בין השמש הצפון אפריקאית עם עומסים אירופיים.הסופר האסיאתי, שקודמו על ידי SoftBank של יפן, חוזה 5,000 ק"מ קווי HTS המחברים את משאבי הרוח של מונגוליה לטוקיו, שנחאי, וסיאול, בעוד פרויקטים קונספטואליים אלה נותרו חסומים טכניים, חסמיים, הם עדיין חסימתמים מאומתים, מבנים.

Offshore ו subsea Cryogenic Cables

שידור שפכים עומד בפני אתגרים ייחודיים: לחץ מכיל, מתקן מים עמוק והגנה מפני החיים הימיים.ה-FLT:0DNV מחקר גרף 1 על כבלי תת-ימיים המסתיימים מתחת ל-200 מ', העלות של Cryostats מתחזקת הופכת לנוהל, וחיסול תחנות המרתף בחו"ל יכול להק את ההוצאות.

שילוב עם Hydrogen Infrastructure

מימן נוזלי (נקודת −253 ° C) הוא מגניב טבעי עבור MgB2 superconductors. A משולב מימן כבל כוח על מוליכים על ידי ניהול על יכול לספק הן נושאות אנרגיה בתחרח אחד, באופן דרמטי להפחית עלויות תשתיות.הממשל היפני מימן קו הפגנה של 1 ק"מ המחבר מסוף מימן ממומן עם כבל כוח Cryogenic, במטרה להוכיח את הרעיון עבור מדינות מיצוא מימן.

תקנים ותקנות התפטרות

גופי התקנים בינלאומיים, במיוחד IEC TC-90 ו- IEEE, מפתחים הנחיות לבדיקות כבלים Cryogenic, מפרקים ותפעול.פרסום IEC 63017 בשנת 2022 בתנאי את הליכי הניסוי הסטנדרטיים הראשונים עבור כבלי כוח HTS עד 100 kV. ככל ששימושים נוספים מרוויחים היכרות עם הטכנולוגיה, עלויות רכש צפויים לרדת ולהפצה את זמני הקיצור.

מסקנה

העברת כוח Cryogenic התפתחה מתופעה של מעבדה נישה לאופציה אמינה ובעלת ביצועים גבוהים לאתגרים התפוצה האנרגטית ביותר של המאה ה-21.שילוב של חומרים משופרים, מערכות קירור יעילות, וייצור כבל מתקדם הוביל עלויות על ידי סדר גודל על פני שני העשורים האחרונים, בעוד האמינות עלתה באופן פעיל לרמות המספקות דרישות ניהול אנרגיה לטווח ארוך יותר מ -2,000 ק"מ, קריפטגוניות כבר מציעים ליקויי כוח עליון, כמו גם הפסדים תפעוליים סטנדרטיים, כמו גם עלות כוח, כמו גם על ידי פונקציות ניהול אנרגיה, כי יש צורך, כי יש צורך פעיל, כי יש צורך, כי יש צורך מרכזי, כי יש צורך מרכזי, כי יש צורך מרכזי עבודה ברמה גבוהה יותר, כי יש צורך מרכזי על ידי פונקציות ניהול אנרגיה מתחדשת, כי יש צורך, כי יש צורך מרכזי, כי יש צורך מרכזי כוח, כי יש צורך מרכזי כוח, כי יש צורך מרכזי כוח ניהול אנרגיה מתחדשת, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 כוח פעיל, 000, 000, 000, 000, 000 כוח פעיל, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 לטווח ארוך טווח, 000 לטווח ארוך טווח גבוה יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000,