Nadprovodnost u elektroenergetskoj industriji: sadašnjost i budućnost

Opći obrazac našeg vremena je sužavanje jaz između određenog otkrića i njegove provedbe. Jednom kada je ovaj interval dostigao stotine godina, sada se smanjio na minimum. Primjerice, uvođenje fotografije je 112 godina od njenog otvaranja. Mineralna gnojiva počela su se koristiti 70 godina nakon njihovog stvaranja, telefonska komunikacija - nakon 50 godina, radio-emisija - nakon 35, radar - nakon 15, televizija - nakon 12, atomska bomba - nakon 6 godina, tranzistor - nakon 3, a laser - nakon samo 2 godine.

Početak tehničke uporabe superprevodnika seže u 1955. godinu, kada je uz njihovu pomoć stvoren prvi elektromagnet. Prošlo je 56 godina od otkrića supravodljivosti do njegovog uvođenja. O čemu se radi?

Prema nekim britanskim fizičarima, ovo kašnjenje je zbog dva razloga: nedovoljnog razvoja kriogene tehnologije i otkrivanja samo mekih, čistih supravodiča. Tvrdi materijali s tehnički prihvatljivim parametrima postali su poznati tek 1930. godine, a tek četvrt stoljeća nakon toga zapravo su stvoreni dirigenti iz takvih materijala. I odmah je izrađen i uspješno testiran solenoid s supravodljivim namotom. Rođena je tehnička supravodljivost.

Dakle, izum i početak upotrebe tehnički pogodnih supravodljivih materijala vremenski se podudaraju (1955.). Ali stvarni izum supravodiča dogodio se možda kasnije. Napokon, tek je 1963. godine bilo moguće stvoriti stvarno obradive žice, koje je trebalo usporiti radi termičke stabilizacije. Paradoksalno je činjenica: uvođenje supravodiča počelo je osam godina ranije od stvarnog otkrića.

Danas se superprevodnici praktički koriste u fizici, gdje se već dugi niz godina koriste velike istraživačke ustanove i novi uređaji. Iz tiska su poznate pojedinačne primjene superprevodnih elektromotora, žiroskopa, solenoida na brodovima, zrakoplovima. U medicini su se pojavila nadprovodna metra magnetskog polja stvorena od živih organizama.

Upotreba supravodiča u energetskom sektoru i prometu vrlo je važna. Ovdje pripremni radovi traju dugi niz godina, ali novi strojevi i kablovi još uvijek ne rade. Zašto?

Mnogo je razloga koji odgađaju datum masovne upotrebe supravodiča u nacionalnoj ekonomiji. Na primjer, nije bilo lako razviti teoriju o supravodljivosti, ali nije ništa manje teško svladati ovu teoriju. Neočekivano težak zadatak bila je izgradnja supravodljivih žica, nema druge riječi za proces stvaranja kompozicije s više elemenata iz različitih metala. Proizvodnja supravodljivih traka, guma i žica zahtijevao je razvoj posebne tehnologije, stvaranje posebnih strojeva, pa čak i nove industrije.

Velike poteškoće povezane su s kriogenom opskrbom supravodobno provedenih objekata, jer se superprevodljivost javlja samo pri vrlo niskim temperaturama. Bili su potrebni hladnjače velike snage.

Razvoj kriogene tehnologije nezamisliv je bez upotrebe dubokog vakuuma, pa je morate naučiti kako je primati i održavati. I naravno, mjerenja: potrebni su nam posebni senzori i uređaji, upravljačke žice koje prolaze kroz šupljine s različitim temperaturama.

Ali kad je moguće prevladati sve te poteškoće, neće biti lako riješiti električni problem. Do sada se u elektrotehnici velike snage obično koriste struje od nekoliko desetaka do stotina ampera, a tehnički je i ekonomski izvedivo prenijeti struje tisuće puta veće preko superprevoda. Jesu li potrebne takve višenaponske instalacije?

Takve instalacije postoje, ali ih je malo. Stvoriti ih nije lako jer je trenutna nosivost tradicionalnih vodiča, bakra i aluminija, ograničena. Sada, kad je uz pomoć supravodiča moguće nekoliko puta povećati gustoću struje i same struje, bilo bi realno razgovarati o modernizaciji svih elektroenergetskih objekata od elektrana do potrošača. No, je li potrebna takva prilagodba? Ako ne, zašto stvarati nadprovodne električne komponente?

Takve bi jedinice trebale biti više amperske, to je nesporno. Uostalom, superprovodnici su divan materijal za provodnike. Ali električni sklopovi dizajnirani su za male struje i vrlo visoke napone. Pa, ugraditi multiamperske predmete u sklopove niske ampere? Nestvarno. A cjelokupno restrukturiranje sve opreme za električnu energiju ogroman je zadatak. Hoće li superprevodnici doista pronaći svoje mjesto samo u jedinstvenim fizičkim instalacijama?

Međutim, poteškoće problema povezanih s uvođenjem supravodiča postepeno se rješavaju. Kada je započeo primijenjeni rad s superprevodnicima, nedostatak obučenog osoblja, novih materijala, opreme i uređaja bio je posebno akutan. Ali ipak, jedan za drugim, pojavili su se mali modeli. Postoji stalna potražnja za novim žicama, fluidizatorima, instrumentima i senzorima. Fizičari i matematičari uključeni su u rješavanje čisto praktičnih problema: određivanje kritičnih polja i struja, procjena gubitaka izmjeničnih struja, proračun termostabilnog ponašanja superprevodnika u tekućem heliju.

Danas su stotine istraživačkih timova angažirane na problemima tehničke supravodljivosti. Identificirani su dugoročni istraživački planovi, formulirani su lanci rada, spremni su popisi objekata koji će se provoditi.

U cjelini, može se smatrati da su radovi na traženju neophodnih za stvaranje vodećih uzoraka supravodiča opreme obavljeni za oko 30-50%. Među stvorenim modelima su elektromagneti za fizička istraživanja i za turbogeneratere, motore, superprevodni transformatori i kabelski odjeljci, ležajevi i uređaji.

"Sljedećih će nekoliko godina biti presudno za prijelaz supravodiča s laboratorija na industriju za velike primjene", rekao je dvaput J. Bardin, dobitnik Nobelove nagrade.

Pročitajte o budućnosti supravodljivosti u sljedećem članku.

Mihail Černov https://hrv.electricianexp.com

Nastavak:

Budućnost su superprovodnici