كابلهاي ابررسانا
گسترش وتوسعه كابلهاي LTS دردهه 1960توسط شركتهاي صنعتي بزرگي همچونWestinghouse , BICC,GE-France, Siemens و چندين لابراتور دولتي و دانشگاهي همچون Brookhaven National Laboratory ( RNL ) در آمريكا و Technical University of Graz در اتريش صورت گرفته است . در ژاپن اعضاي لابراتور MITI طي يك برآورد اقتصادي به اين نتيجه رسيدند كه استفاده از كابلهاي ابررسانا بخصوص در كاربردهاي dc مزاياي فراواني دارد. در آزمايشات اوليه، مواد LTS در آرايشهاي گوناگون ، مورد آزمايش قرار گرفتند.
در آلمان ، گروه Linde ، تلفات ac تيوپهاي Nb سخت را مورد مطالعه قرار داد. اين گروه براي اندازه گيري اين تلفات ، يك Cryostat هفت متري ساخت . بعدها اين گروه هادي مركبي متشكل از Nb ، مس و invar (آلياژي از آهن، نيكل وكربن به نسبت هاي 8/63 ، 36 ، 2/0 درصد) را ارائه كرد. اين ابررسانا با همكاري دانشگاه فني Kabelmetal,AEG,Graz و Linde مونيخ ساخته شد. ساختمان اين هادي به اين صورت بود كه سطوح داخلي و خارجي لوله هاي متحدالمركز با لايه اي از Nb پوشانده مي شدند. اين لايه Nb بر ديواره خارجي لوله كوچكتر و ديواره داخلي لوله بزرگتر كشيده مي شد.
در پروژه BNL از نوارهاي ابررساناي Nb3Sn استفاده شد. موسسه Intermagnetics General Corporation ( IGC ) نوار مركبي ساخت كه در آن از مس ، Nb , Nb3Sn و فولاد ضد زنگ ( Stainless Steel ) استفاده شد. نتيجه اين كار ارائه طرح يك سيستم 4200A , 138KV, 1000MVA و نيز ارائه راه حلي براي مشكل اتصالات بود. اين پروژه عليرغم پيشرفت قابل توجهش در فاز دوم، به خاطر مسايل اقتصادي متوقف شد.
تحقيقات در مورد كابلهاي انتقال HTS در آمريكا ، اروپا و آسيا
شركتها و موسساتي از قبيل Pirelli و Southwire Corporation در ايالات متحده ، Pirelli,Siemen و BICC در اروپا و Furukawa , Sumitomo و Fujikura در ژاپن، از جمله موسساتي هستند كه در زمينه كابلهاي ابررسانا دردماهاي بالا، فعاليت وسيعي دارند . درژاپن هريك از سازنده ها ، نوارهاي HTS را خود سازنده توليد ميكند. Siemens نيز از نوارهاي HTS ساخت خود استفاده مي كند اما در ابتداي كار، اين مواد را از ديگران خريداري مي كرد. شركت Pirelli بـــا مجمــــع ابــــررســــانـــاها در آمريكـــا ASE (American Superconductor Corporation) همكاري نزديكي داشته ونوارهاي HTS را از طريق اين مجمع دريافت مي نمايد . همچنين IGC نيز نوارهاي HTS مرغوب رابراي شركت مذكورتامين مي كند. دركليه كابلهاي HTS از نوار مولتي فيلامان داراي تركيب BSCCO-2223 استفاده شده است .
دولت آلمان براي پيشرفت و تكميل برنامه ساخت ابررساناها ، نيمي از هزينه هاي شركت Siemens ( 20 ميليون مارك در طي سه سال) را تقبل كرده است . از سوي ديگر در ايالات متحده و ژاپن ، سهم عمده توسعه كابلهاي HTS بعهده شركت هاي برق است . شركتهاي Furukawa و Sumitomo جهت انجام تحقيقات و ساخت نمونه كابلهاي HTS سالانه مبلغي در حدود 1 ميليون دلار از شركت برق توكيو (TEPCO) دريافت مي كنند. شركت برق Chubu Electric نيز در زمينه توسعه فناوري كابلهاي HTS با اين دوشركت همكاري داشته است . در ايالات متحده " انستيتو تحقيقات انرژي الكتريكي " با استفاده از كمك هاي مالي وزارت انرژي , و با همكاري شركت هاي ASC وPirelli سرمايه گذاريهاي كلاني در زمينه فناوري كابلهاي ابررسانا انجام داده است. طبق برآورد به عمــل آمده هزينه كل در طي سه سال ، بالغ بر 6 ميليون دلار ميباشد . شركت هاي BICC ، Siemensو Pirelli از نتايج تحقيقات مشترك چند شركت اروپايي به اسامي Alcatel Cable , ABB , GEC نيز بهره مي برند. شركتهاي اروپايي مذكور از حمايت مالي كميسيون اروپا برخوردار ميباشند .
تحقيقات شركت هاي اروپايي به نتايج فني ـ اقتصادي ارزشمندي منجر شد . از مهمترين نتـايج اين مطـالعـات مي توان به موارد زير اشاره كرد :
1- براي توان انتقالي بيش از GVA 1 چگالي جريان بحراني هادي HTS ( در دماي نيتروژن مايع ) بايد به 200000A/Cm2 برسد تا هزينه كل آن با هزينه كابلهاي معمولي قابل مقايسه باشد.
2- در يك كانال با قطر ثابت 150mm،با استفاده ازكابل HTS ميتوان تواني حداكثر 7 برابربيشتر(700 MVA در66 KV ) نسبت به كابلهاي معمولي با همان هزينه انتقال جابجا نمود .
جهت توسعه كاربرد هاديهاي H TS ، لازمست كه هزينه اين هاديها، حتي الامكان كم شود. پروژه تحقيقاتي Joule يك نمودار كارآيي- هزينه براي هاديهاي H TS بدست داده است ( شكل 1) . براي انتقال تواني برابر با 400MVA در يك كانال با قطر ثابت ( كه پيش بيني مي شود كاربرد آتي HTS باشد )، در صورتيكه هزينه هادي ، برابر 40 $/m باشد، هادي ابررسانا چگالي جرياني بيش از 150000A/Cm2 خواهد داشت. اما چنانچه بخواهيم هزينه كاهش يابد ( مثلا 5 $/m ( متناسب با آن ، كارآيي ابررسانا و چگالي جريان آن تا حدود 50000A/Cm2 كاهش خواهد يافت. چنانچه با يك هزينه معين (مثلاً 5 $/m ) بخواهيم هادي HTS از نوع كانال با قطر ثابت و يا توان بالا را بسازيم مطابق شكل (1) چگالي جريان و نتيجتا كارآئي هادي توان بالا بيشتر خواهد بود.
+ نوشته شده در یکشنبه یازدهم اردیبهشت ۱۳۹۰ ساعت 18:44 توسط محمد مهدی آرین نژاد
|