Energiaa johtavat suprajohtavat voimageneraattorit, muuntajat ja voimajohdot

Yksi tieteen kehityksen suuntaviivoista hahmottaa teoreettiset ja kokeelliset tutkimukset suprajohtavien materiaalien alalla, ja yksi tekniikan kehityksen pääsuunnista on suprajohtavien turbogeneraattorien kehittäminen.

Suprajohtavat sähkölaitteet lisäävät dramaattisesti laitteiden elementtien sähkö- ja magneettikuormitusta ja vähentävät siten dramaattisesti niiden kokoa. Suprajohtavassa johdossa virrantiheys on 10 - 50-kertainen verrattuna tavanomaisten sähkölaitteiden virrantiheyteen. Magneettikentät voidaan saattaa arvoihin luokkaa 10 T verrattuna tavanomaisten koneiden 0,8 ... 1 T arvoihin. Koska sähkölaitteiden mitat ovat kääntäen verrannollisia sallitun virrantiheyden ja magneettisen induktion tuloon, on selvää, että suprajohteiden käyttö vähentää sähkölaitteiden kokoa ja painoa monta kertaa!

Yhden uuden tyyppisten kryogeenisten turbogeneraattoreiden jäähdytysjärjestelmän suunnittelijoiden mukaan Neuvostoliiton tutkija I.F. Filippov, on syytä harkita taloudellisten kryoturbogeneraattorien luomisen suprajohteiden avulla tehtävää. Alustavien laskelmien ja tutkimusten avulla voimme toivoa, että uusien koneiden koon ja painon lisäksi myös hyötysuhde on korkeampi kuin perinteisen suunnittelun edistyneimpien generaattoreiden.

Tätä mielipidettä jakaa KTG-1000-sarjan uuden suprajohtavan turbogeneraattorin, akateemikko I.A. Glebov, tekniikan tohtori V.G. Novitsky ja V.N. Shakhtarin. KTG-1000-generaattori testattiin kesällä 1975, jota seurasi KT-2-2-mallin kryogeeninen turbogeneraattori, jonka on luonut Electrosila-yhdistys yhteistyössä Ukrainan SSR: n tiedeakatemian matalalämpötilojen fysiikan ja tekniikan instituutin tutkijoiden kanssa. Testitulokset mahdollistivat suprajohtavan yksikön rakentamisen, jolla on huomattavasti suurempi teho.

Tässä on joitain tietoja VNIIelektromashissa kehitetystä 1200 kW: n suprajohtavasta turbogeneraattorista. Suprajohtava kenttäkäämi on valmistettu halkaisijaltaan 0,7 mm langasta, jossa on 37 suprajohtavaa niobium-titaaniajohtoa kuparimatriisissa. Ruostumattomasta teräksestä valmistettu side havaitsee käämityksen keskipako- ja sähköodynaamiset voimat. Paksuseinäisen ruostumattoman teräksen ulkokuoren ja siteen välissä on kuparielektroterminen seula, jota jäähdyttää kanavan läpi kulkevan kylmän kaasumaisen heliumin virtaus (se palaa sitten fluidisaattoriin).

Laakerit toimivat huoneenlämpötilassa. Staattorikäämi on valmistettu kuparijohtimista (viileämpi vesi) ja sitä ympäröi kuormitetusta teräksestä valmistettu ferromagneettinen suoja. Roottori pyörii tyhjiötilassa eristysmateriaalin vaipan sisällä. Kuoren tyhjiö taataan tiivisteillä.

Kokeellinen KTG-1000 -generaattori oli aikoinaan maailman suurin kryoturbogeneraattori. Sen luomisen tarkoituksena on testata suurten pyörivien kryostaattien, heliumin syöttölaitteiden rakenne suprajohtavalle roottorin käämitykselle, tutkia lämpöpiiriä, suprajohtavan roottorin käämin toimintaa ja jäähdyttää sitä.

Ja näkymät ovat vain houkuttelevia. Koneen, jonka kapasiteetti on 1300 MW, pituus on noin 10 m ja massa on 280 tonnia, kun taas samankokoisen, perinteisen mallin koneen pituus on 20 m ja massa on 700 tonnia! Lopuksi on vaikea luoda tavallista konetta, jonka kapasiteetti on yli 2000 MW, ja suprajohteilla voit todella saavuttaa yksikön tehon 20 000 MW!

Joten materiaalien lisäys muodostaa noin kolme neljäsosaa kustannuksista. Tuotantoprosesseja helpotetaan. Jokaisen koneenrakennuslaitoksen on helpompaa ja halvempaa valmistaa useita suuria sähkökoneita kuin useita pieniä: työntekijöitä tarvitaan vähemmän, konepaja ja muut laitteet eivät ole niin stressiä.

Tehokkaan turbogeneraattorin asentamiseksi tarvitaan voimalaitoksen suhteellisen pieni alue. Tämä tarkoittaa, että konehuoneen rakentamisen kustannukset vähenevät, asema voidaan ottaa käyttöön nopeammin. Ja lopuksi: mitä suurempi sähkökone, sitä suurempi sen tehokkuus.

Kaikki nämä edut eivät kuitenkaan sulje pois teknisiä vaikeuksia, joita syntyy suuria energiayksiköitä luotaessa. Ja mikä tärkeintä, niiden voimaa voidaan lisätä vain tiettyihin rajoihin. Laskelmat osoittavat, että 2500 MW: n turbogeneraattorin voimalla rajoitettua ylärajaa ei voida ylittää, jonka roottori pyörii nopeudella 3000 rpm, koska tämä raja määritetään ensinnäkin lujuusominaisuuksien perusteella: suuremman tehon koneen mekaaniset rakenteet lisäävät niin paljon että keskipakoisvoimat aiheuttavat väistämättä roottorin vikoja.

Kuljetuksen aikana syntyy paljon huolenaiheita. Saman turbogeneraattorin kuljettamiseksi, jonka kapasiteetti on 1200 MW, oli tarpeen rakentaa nivelkuljetin, jonka kantokyky oli 500 tonnia, pituus melkein 64 m. Jokainen sen kahdesta telistä lepää 16 vaunuakselilla.

Monet esteet katoavat itse, jos käytät suprajohtavuuden vaikutusta ja käytät suprajohtavia materiaaleja. Tällöin roottorin käämityksen häviöt voidaan käytännössä pienentää nollaan, koska tasavirta ei vastaa sen vastusta. Ja jos niin, koneen hyötysuhde kasvaa. Suprajohtavan kenttäkäämin läpi virtaava suuri virta luo niin voimakkaan magneettikentän, ettei enää ole tarpeen käyttää teräsmagneettista piiriä, joka on perinteinen mille tahansa sähkökoneelle. Teräksen poistaminen vähentää roottorin massaa ja sen hitautta.

Kryogeenisten sähkökoneiden luominen ei ole villitys, vaan välttämättömyys, tieteellisen ja teknologisen kehityksen luonnollinen seuraus. Ja on syytä väittää, että vuosisadan loppuun mennessä suprajohtavat turbogeneraattorit, joiden kapasiteetti on yli 1000 MW, toimivat sähköjärjestelmissä.

Neuvostoliiton ensimmäinen suprajohtimilla varustettu sähkökone suunniteltiin Leningradin sähkömekaanisen laitoksen palvelukseen jo vuonna 1962 ... 1963. Se oli tasavirtalaite, jossa oli tavanomainen (”lämmin”) ankkuri ja suprajohtava kenttäkäämi. Sen teho oli vain muutama wattia.

Siitä lähtien instituutin (nyt VNIIelektromash) henkilökunta on työskennellyt energiateollisuuden suprajohtavien turbogeneraattoreiden luomiseksi. Viime vuosina on ollut mahdollista rakentaa pilottirakenteita, joiden kapasiteetti on 0,018 ja 1 MW, sitten 20 MW ...

Mitkä ovat tämän VNIIelektromashin aivoriihen ominaisuudet?

Suprajohtava kenttäkela on heliumhauteessa. Nestemäinen heliumi tulee pyörivään roottoriin onton akselin keskellä sijaitsevan putken kautta. Haihtunut kaasu johdetaan takaisin kondensointiyksikköön tämän putken ja akselin sisäseinämän välisen raon kautta.

Kuten itse roottorissakin, heliumiputkiston suunnittelussa on tyhjiöonteloita, jotka luovat hyvän lämmöneristyksen. Päämoottorin vääntömomentti johdetaan kenttäkäämiin "lämpösiltojen" kautta - rakenne, joka on mekaanisesti riittävän vahva, mutta ei siirrä lämpöä hyvin.

Seurauksena roottorin rakenne on pyörivä kryostaatti, jossa on suprajohtava kenttäkela.

Suprajohtavan turbogeneraattorin staattorilla, kuten perinteisessä suoritusmuodossa, on kolmivaiheinen käämi, jossa roottorin magneettikenttä herättää sähkömoottorin voiman.Tutkimukset ovat osoittaneet, että suprajohtavan käämin käyttäminen staattorissa on epäkäytännöllistä, koska suprajohteiden vaihtovirtaan liittyy huomattavia menetyksiä. Mutta “normaalilla” käämillä varustetun staattorin suunnittelulla on omat ominaisuutensa.

Käämitys osoittautui periaatteessa mahdolliseksi sijoittaa staattorin ja roottorin väliseen ilmarakoon ja asentaa uudella tavalla epoksihartsien ja lasikuiturakenteiden avulla. Tällainen piiri antoi mahdolliseksi sijoittaa enemmän kuparijohtimia staattoriin.

Staattorijäähdytysjärjestelmä on myös alkuperäinen: lämpö poistetaan freonilla, joka suorittaa samanaikaisesti eristimen toiminnan. Tulevaisuudessa tätä lämpöä voidaan käyttää käytännössä lämpöpumpun avulla.

Turbogeneraattorimoottorissa käytettiin kuparilankaa, jonka poikkileikkaus oli suorakulmainen 2,5 x 3,5 mm ja jonka kapasiteetti oli 20 MW. Siihen puristetaan 3600 niobium-titaanista valmistettua suonia. Tällainen johdin kykenee siirtämään virran 2200 A saakka.

Uuden generaattorin testit vahvistivat lasketut tiedot. Se osoittautui kaksinkertaiseksi kevyemmäksi kuin perinteiset saman tehoiset koneet, ja sen hyötysuhde on korkeampi 1%. Nyt tämä generaattori toimii Lenenergo-järjestelmässä synkronisena kompensoijana ja tuottaa reaktiivinen teho.

Mutta työn päätulos on turbogeneraattorin luomisprosessissa saatu valtava kokemus. Sen perusteella Leningradin sähkökonevalmistajayhdistys Elektrosila on alkanut luoda 300 MW: n turbogeneraattoria, joka asennetaan yhteen maamme rakenteilla olevista voimalaitoksista.

Suprajohtava roottorikenttäkäämi on valmistettu niobium-titaanilangasta. Sen laite on epätavallinen - ohuimmat niobium-titaanijohtimet puristetaan kuparimatriisiin. Tämä tehdään estämään käämin siirtyminen suprajohtavasta tilasta normaaliksi johtuen magneettisen vuon heilahteluista tai muista syistä. Jos näin tapahtuu, virta virtaa kuparimatriisin läpi, lämpö häviää ja suprajohtava tila palautetaan.

Itse roottorin valmistustekniikka vaati perusteellisesti uusien teknisten ratkaisujen käyttöönottoa. Jos tavanomaisen koneen roottori on tehty magneettisesti johtavan teräksen kiinteästä takomuksesta, niin tässä tapauksessa sen tulisi koostua useista sylintereistä, jotka on asetettu toisiinsa ei-magneettisesta teräksestä. Joidenkin sylinterien seinämien välissä on nestemäistä heliumia, muiden seinien välissä syntyy tyhjiö. Sylinterin seinämien on tietenkin oltava korkea mekaaninen lujuus, niiden on oltava tyhjiötiivisiä.

Uuden turbogeneraattorin massa, samoin kuin edeltäjänsä massa, on melkein kaksi kertaa pienempi kuin tavallisen saman tehon massa, ja hyötysuhde nousee vielä 0,5 ... 0,7%. Turbogeneraattori on ”asunut” noin 30 vuotta ja suurimman osan ajasta oli toiminnassa, joten on selvää, että niin näennäisesti pieni hyötysuhteen lisäys on erittäin merkittävä hyöty.

Energiainsinöörit eivät tarvitse vain kylmägeneraattoreita. Useita kymmeniä suprajohtavia muuntajia on jo valmistettu ja testattu (ensimmäisen niistä rakensi amerikkalainen McPhee vuonna 1961; muuntaja toimi 15 kW: n teholla). On olemassa suprajohtavia muuntajaprojekteja, joiden teho on enintään miljoona kW. Riittävän suurilla tehoilla suprajohtavat muuntajat ovat tavallista kevyempiä 40 ... 50%, suunnilleen samoin tehonmenetyksillä kuin perinteiset muuntajat (näissä laskelmissa myös fluidisaattorin teho otettiin huomioon).

Suprajohtavilla muuntajilla on kuitenkin merkittäviä haittoja. Ne liittyvät tarpeeseen suojata muuntajaa poistumiselta suprajohtavasta tilasta ylikuormitusten, oikosulkujen, ylikuumenemisen aikana, kun magneettikenttä, virta tai lämpötila voivat saavuttaa kriittiset arvot.

Jos muuntaja ei romahdu, sen uudelleen jäähdyttäminen ja suprajohtavuuden palauttaminen vie useita tunteja. Joissakin tapauksissa tällaista virransyötön keskeytystä ei voida hyväksyä.Siksi, ennen kuin puhutaan suprajohtavien muuntajien massatuotannosta, on tarpeen kehittää toimenpiteitä suojautuakseen hätätilanteilta ja mahdollisuutta tarjota kuluttajille sähköä suprajohtavan muuntajan seisokkien aikana. Tällä alalla saavutetut menestykset antavat meille mahdollisuuden ajatella, että suprajohtavien muuntamien suojaamiseen liittyvä ongelma ratkaistaan ​​lähitulevaisuudessa ja ne tulevat paikoilleen voimalaitoksissa.

Viime vuosina unelma suprajohtavista voimalinjoista on tullut yhä lähemmäksi toteutumista. Yhä kasvava sähkön kysyntä tekee suuren tehon siirron pitkiä matkoja erittäin houkuttelevaksi. Neuvostoliiton tutkijat ovat vakuuttavasti osoittaneet suprajohtavien siirtojohtojen lupauksen. Linjojen kustannukset ovat verrattavissa tavanomaisten yleisten voimansiirtolinjojen kustannuksiin (suprajohteen kustannukset, kun otetaan huomioon kriittisen virrantiheyden korkea arvo verrattuna kupari- tai alumiinilankojen taloudellisesti toteutettavissa olevaan virrantiheyteen, ovat alhaiset) ja alhaisemmat kuin kaapelilinjojen kustannukset.

Sen on tarkoitus suorittaa suprajohtavat voimalinjat seuraavasti: Nestetyppeä sisältävä putkisto asetetaan maahan siirtymisen päätepisteiden väliin. Tämän putkilinjan sisällä on putkilinja, jossa on nestemäistä heliumia. Helium ja typpi virtaavat putkilinjojen läpi, koska lähtö- ja päätepisteiden välillä on paine-ero. Siksi neste- ja pumppausasemat ovat vain linjan päissä.

Nestemäistä typpeä voidaan käyttää samanaikaisesti eristeenä. Heliumiputkistoa tuetaan typen sisällä dielektrisillä telineillä (useimmissa eristeissä dielektriset ominaisuudet paranevat alhaisissa lämpötiloissa). Heliumiputkessa on tyhjiöeristys. Nestemäisen heliumiputkiston sisäpinta on päällystetty suprajohdinkerroksella.

Tällaisen linjan häviöt, ottaen huomioon väistämättömät häviöt linjan päissä, joissa suprajohteen on oltava rajapinnassa renkaiden kanssa normaalilämpötilassa, eivät saa ylittää muutamaa prosenttiosuutta ja tavallisissa voimalinjoissa häviöt ovat 5 ... 10 kertaa enemmän!

G.M. -nimisen energiainstituutin tutkijoiden joukot Krzhizhanovsky ja All-Unionin kaapeliteollisuuden tieteellinen tutkimuslaitos ovat jo luoneet sarjan kokeellisia segmenttejä suprajohtavista vaihto- ja DC-kaapeleista. Tällaiset linjat kykenevät siirtämään tehoa tuhansille megawatteille yli 99%: n hyötysuhteella kohtuullisin kustannuksin ja suhteellisen alhaisella (110 ... 220 kV) jännitteellä. Ehkä vielä tärkeämpää on, että suprajohtavat voimalinjat eivät tarvitse kalliita reaktiivisen tehon kompensointilaitteita. Perinteiset linjat vaativat virranreaktoreiden, voimakkaiden kondensaattorien asentamisen liiallisten jännitehäviöiden korvaamiseksi polulla ja suprajohtimien johdot pystyvät itse kompensoimaan itsensä!

Suprajohtajat osoittautuivat välttämättömiksi sähkökoneissa, joiden toimintaperiaate on erittäin yksinkertainen, mutta joita ei ole koskaan rakennettu aikaisemmin, koska heidän työnsä vaativat erittäin vahvoja magneetteja. Puhumme magnetohydrodynaamisista (MHD) koneista, jotka Faraday yritti toteuttaa jo vuonna 1831.

Ajatus kokemuksesta on yksinkertainen. Kaksi metallilevyä upotettiin Thames-veteen sen vastakkaisille rannoille. Jos joen nopeus on 0,2 m / s, veden suihkuttamalla vetoja johtimiin, jotka liikkuvat länestä itään maan magneettikentässä (sen pystysuuntainen komponentti on noin 5 · 10–5 T), elektrodoista voidaan poistaa noin 10 μV / m jännite. .

Valitettavasti tämä kokeilu päättyi epäonnistumiseen; ”generaattori-joki” ei toiminut. Faraday ei voinut mitata virtaa piirissä. Mutta muutama vuosi myöhemmin lordi Kelvin toisti Faradayn kokemuksen ja sai pienen virtauksen. Vaikuttaa siltä, ​​että kaikki pysyi kuten Faradayssä: samat levyt, sama joki, samat instrumentit. Ellei paikka ole aivan sellainen.Kelvin rakensi generaattorinsa Thamesiin, missä sen vedet sekoittuvat salmen suolaveteen.

Siellä hän on! Vesi alavirtaan oli suolaisempaa ja siksi sen johtavuus oli parempi! Tämä nauhoitettiin välittömästi instrumenteilla. ”Käyttönesteen” johtavuuden lisääminen on yleinen tapa lisätä MHD-generaattorien tehoa. Mutta voit lisätä tehoa toisella tavalla - lisäämällä magneettikenttää. MHD-generaattorin teho on suoraan verrannollinen magneettikentän voimakkuuden neliöön.

MHD-generaattorien unelmat saivat todellisen perustan vuosisadan puolivälissä ensimmäisten suprajohtavien teollisuusmateriaalierien (niobium-titaani, niobium-zirkonium) tullessa markkinoille, joista oli mahdollista valmistaa ensimmäiset, vielä pienet, mutta toimivat mallit generaattoreista, moottoreista, johtimista, solenoideista . Ja vuonna 1962 Newcastlen symposiumissa britit Wilson ja Robert ehdottivat hanketta 20 MW: n MHD-generaattorille, jonka kenttä on 4 T. Jos käämi on tehty kuparilangasta, hinta on 0,6 mm / dollari. Joule-häviöt siinä “syövät” hyödyllisen tehon (15 MW!). Mutta suprajohteissa käämi ympäröi työkammion tiiviisti, siinä ei ole häviöitä, ja jäähdytys vie vain 100 kW tehoa. Tehokkuus nousee 25: stä 99,5%: iin! On jotain ajateltavaa.

MHD-generaattorit otettiin vakavasti monissa maissa, koska tällaisissa koneissa on mahdollista käyttää plasmaa 8 ... 10 kertaa kuumemmin kuin höyryä lämpövoimalaitosten turbiineissa, ja tunnetun Carnot-kaavan mukaan hyötysuhde ei ole 40, vaan kaikki 60 %. Siksi lähivuosina Ryazanin lähellä käynnistyy ensimmäinen 500 MW: n teollinen MHD-generaattori.

Tietysti ei ole helppoa luoda ja käyttää taloudellisesti tällaista asemaa: sitä ei ole helppo sijoittaa lähellä plasmavirtaa (2500 K) ja kryostaattia, jossa on nestemäisessä heliumissa (4 ... 5 K) käämitys, kuumat elektrodit palavat ja kuonat, lisäaineet, jotka on vain uuttava kuonoista. joita lisättiin plasmaionisaatiopolttoaineeseen, mutta odotettavissa olevien hyötyjen tulisi kattaa kaikki työvoimakustannukset.

Voidaan kuvitella, miltä MHD-generaattorin suprajohtava magneettinen järjestelmä näyttää. Plasmakanavan sivuilla on kaksi suprajohtavaa käämiä, jotka on erotettu käämityksistä monikerroksisella lämpöeristyksellä. Käämitykset on kiinnitetty titaanikasetteihin, ja titaanivälike on sijoitettu niiden väliin. Näiden kasettien ja välikappaleiden on muuten oltava erittäin kestäviä, koska nykyisten käämien sähköodynaamisilla voimilla on taipumus repiä ne pois ja vetää ne yhteen.

Koska suprajohtavassa käämityksessä ei muodostu lämpöä, suprajohtavan magneettisen järjestelmän toimintaan tarvittavan jääkaapin on poistettava vain lämpö, ​​joka menee kryostaattiin nestemäisen heliumin kanssa lämpöeristyksen ja virtajohtojen kautta. Virtajohtojen häviöt voidaan vähentää käytännössä nollaan, jos käytetään oikosuljettuja suprajohtavia käämejä, jotka saavat suprajohtavaa tasavirtamuuntajaa.

Heliumin nesteveden, joka kompensoi eristyksen kautta haihtuvan heliumin menetyksen, arvioidaan tuottavan useita kymmeniä litraa nestemäistä heliumia tunnissa. Tällaisia ​​nesteitä tuottaa teollisuus.

Ilman suprajohtavia käämiä suuret tokamakit olisivat epärealistisia. Esimerkiksi Tokamak-7-asennuksessa 12 tonnin painoinen käämi virtaa 4,5 kA: n virran ympäri ja luo 2,4 T: n magneettikentän 6 m3: n plasma-toruksen akselille. Tämä kenttä luodaan 48 suprajohtavalla kelalla, jotka kuluttavat vain 150 litraa nestemäistä heliumia tunnissa, jonka uudelleen nesteyttäminen vaatii 300 ... 400 kW tehoa.

Suurienergian lisäksi tarvitaan taloudellisesti pienikokoisia voimakkaita sähkömagneetteja, ja tutkijoiden, jotka työskentelevät ennätysmääräisten vahvojen kenttien kanssa, on vaikea tehdä ilman niitä. Magneettisten isotooppien erottelulaitteista tulee suuruusluokkaa tuottavampia. Suurten kiihdyttimien projekteja, joissa ei ole suprajohtavia sähkömagneetteja, ei enää oteta huomioon.On täysin epärealistista tehdä ilman superjohtimia kuplakammioissa, joista tulee erittäin luotettavia ja herkkiä alkuainehiukkasten rekisteröijiä. Joten yksi ennätyksellisistä isoista suprajohteisiin perustuvista magneettijärjestelmistä (Argonne National Laboratory, USA) luo 1,8 T -kentän, jonka varastoitu energia on 80 MJ. Jättimäinen käämitys, joka painaa 45 tonnia (josta 400 kg meni suprajohteeseen) ja jonka sisähalkaisija oli 4,8 m, ulkohalkaisija 5,3 m ja korkeus 3 m, tarvitaan vain 500 kW jäähdytykseen 4,2 K: seen - merkityksetön teho.

Geneven Euroopan ydintutkimuskeskuksen kuplakammion suprajohtava magneetti näyttää vielä vaikuttavammalta. Sillä on seuraavat ominaisuudet: magneettikenttä keskellä enintään 3 T, “kelan” sisähalkaisija 4,7 m, varastoitu energia 800 MJ.

Hyperon, yksi maailman suurimmista suprajohtavista magneeteista, otettiin käyttöön vuoden 1977 lopulla Teoreettisen ja kokeellisen fysiikan instituutissa (ITEP). Sen työalueen halkaisija on 1 m, järjestelmän keskellä oleva kenttä on 5 T (!). Ainutlaatuinen magneetti on suunniteltu kokeisiin IHEP-protonisynkronissa Serpukhovissa.

Ymmärtänyt nämä vaikuttavat luvut on jo jotenkin hankalaa sanoa, että suprajohtavuuden tekninen kehitys on vasta alkamassa. Esimerkiksi voidaan palauttaa mieleen suprajohtimien kriittiset parametrit. Jos lämpötila, paine, virta, magneettikenttä ylittävät joitain raja-arvoja, joita kutsutaan kriittisiksi, suprajohdin menettää epätavalliset ominaisuutensa, muuttuen tavalliseksi materiaaliksi.

Vaiheensiirto on melko luonnollista käyttää ulkoisten olosuhteiden hallitsemiseksi. Jos on suprajohtavuus, kenttä on vähemmän kuin kriittinen, jos anturi on palauttanut resistanssin, kenttä on kriittisen yläpuolella. Sarja monenlaisista suprajohtavista mittarista on jo kehitetty: satelliitin bolometri voi ”tuntea” valaistu ottelun maapallolla, galvanometrit muuttuvat herkemmiksi useita tuhansia kertoja; ultra-korkea-Q-resonaattoreissa sähkömagneettisen kentän värähtelyt näyttävät olevan konservoituneita, koska ne eivät hajoa erittäin pitkään.

Nyt on aika katsoa energia-alan koko sähköosaa ymmärtääksesi kuinka suprajohtavien laitteiden sironta voi tuottaa kokonaistaloudellisia vaikutuksia. Suprajohtajat voivat kasvattaa tehoyksiköiden yksikkötehoa, korkeajänniteteho voi vähitellen muuttua mon ampeeriksi, sen sijaan että voimalaitoksen ja kuluttajan välillä olisi neljä tai kuusi kertaa jännitteen muuntaminen, on totta puhua yhdestä tai kahdesta muunnoksesta vastaavalla yksinkertaistuksella ja halvemmalla piirillä, sähköverkkojen yleinen hyötysuhde kasvaa väistämättä joulen häviöiden takia. Mutta se ei ole kaikki.

Sähköjärjestelmät saavat väistämättä erilaisen ilmeen, kun niissä käytetään suprajohtavia induktiivisia energian varastointilaitteita (SPIN)! Tosiasia on, että kaikilla teollisuudenaloilla, vain energia-alalla, ei ole varastoja: tuotettua lämpöä ja sähköä ei ole missään varastossa, ne on kulutettava heti. Tietyt toiveet liittyvät suprajohtajiin. Koska niissä ei ole sähkövastusta, virta voi kiertää suljetun suprajohtavan piirin läpi mielivaltaisesti pitkään ilman vaimennusta, kunnes tulee aika, jonka kuluttaja valitsee sen. SPINS-laitteista tulee luonnollisia sähköverkon osia, on vain varustettava ne virran tai taajuuden säätimillä, kytkimillä tai muuntimilla, kun ne yhdistetään sähkön lähteisiin ja kuluttajiin.

SPINien energiaintensiteetti voi olla hyvin erilainen - välillä 10–5 (käsistä pudonnut salkun energia) 1 kWh: iin (10 tonnin lohko, joka putosi 40 metrin päässä kallion päästä) tai 10 miljoonaan kWh! Tällaisen voimakkaan aseman pitäisi olla juoksumaton kokoinen jalkapallokentän ympärillä, sen hinta on 500 miljoonaa dollaria ja tehokkuus - 95%.Vastaava kerättävä voimalaitos on 20% halvempi, mutta se vie kolmanneksen kapasiteetista tarpeisiinsa! Tällaisen SPIN-hinnan kustannusjärjestely on komponenttien suhteen opastava: jääkaapeille 2 ... 4%, virtamuuntajille 10%, suprajohtavalle käämitykselle 15 ... 20%, kylmäalueen lämmöneristykselle 25% ja siteille, kiinnikkeille ja välikappaleille - lähes 50 %.

G.M. Krzizhanovsky GOELRO-suunnitelman mukaan Neuvostoliiton VIII venäläisessä kongressissa on kulunut yli puoli vuosisataa. Suunnitelman toteuttaminen mahdollisti maan voimalaitosten kapasiteetin lisäämisen 1: stä 200 ... 300 miljoonaan kW: iin. Nyt on perustava tilaisuus vahvistaa maan energiajärjestelmiä useita kymmeniä kertoja siirtämällä ne suprajohtaviin sähkölaitteisiin ja yksinkertaistamaan tällaisten järjestelmien rakentamisen periaatteita.

Energian perusta 2000-luvun alussa voi olla ydin- ja lämpöydinasemat, joissa on erittäin tehokkaat sähkögeneraattorit. Suprajohtavien sähkömagneettien tuottamat sähkökentät, voimakkaat joet voivat virtaa suprajohtavien voimalinjojen läpi suprajohtaviin energian varastointiin, mistä kuluttajat valitsevat ne tarvittaessa. Voimalaitokset kykenevät tuottamaan energiaa tasaisesti, päivällä ja yöllä, ja niiden vapautumisen suunnitelluista tiloista tulisi lisätä pääyksiköiden tehokkuutta ja käyttöikää.

Maavoimalaihin voidaan lisätä avaruudessa käytettäviä aurinkoasemia. Leijuvat planeetan kiinteiden pisteiden yläpuolella, heidän on muutettava auringonsäteet lyhytaaltoisiksi sähkömagneettisiksi säteilyiksi lähettääkseen keskittyneet energiavirrat maapallon muuntajiin teollisuusvirroiksi. Avaruus-avaruus-sähköjärjestelmien kaikkien sähkölaitteiden on oltava suprajohtavia, muuten lopullisen sähkönjohtavuuden johtimien häviöt osoittautuvat liian suuriksi.

Vladimir KARTSEV "Magneetti kolmen vuosituhannen ajan"