Краткий обзор современного состояния разработок в области ВТСП-2 по материалам конференции Coated Conductors for Application-2014
2014, Tом 11, выпуск 6
Тематика: Вести с конференций
В конце ноября – начале декабря 2014 года прошла очередная конференция, посвященная применению ВТСП-2 лент в различных областях науки и техники – Coated Conductors for Application - 2014 (CCA-2014). Конференция проходила в Республике Корея на острове Чеджу в сердце северо-восточной Азии.
Наряду с уникальностью места, в котором прошла конференция, на ней представлены самые актуальные работы по созданию и применению ВТСП-2 лент.
На конференции прошли две пленарные секции, на которых выступили ведущие специалисты в области создания и применения ВТСП-2. Это такие специалисты как Sastry Pamidi из Florida State University; Sang-Im Yoo из Seoul National University; Teruo Izumi из ISTEC-SRL*; Tereza Pulg из ICMAB и CSIC*.
Доклад S. Pamidi был посвящен развитию и применению ВТСП-2 в Соединенных Штатах Америки. В докладе были обобщены достигнутые результаты по производству ВТСП-2 проводников такими крупными компаниями как SuperPower, American Superconductor, Superconductor Technology Inc., MetOx. Были затронуты проблемы создания кабелей и достижений в этой области компаниями Advanced Conductor Technologies LLC и MIT PSFC*.
Было освещено развитие работ Хьстонского университета по созданию и исследованию электрофизических характеристик ВТСП-2 лент для высокополевых обмоток, а также работы Джастина Шварца* по моделированию и экспериментальному изучению распространения нормальной зоны в ВТСП обмотках.
Особое внимание S. Pamidi уделил работам по созданию гибридной (НТСП + ВТСП) магнитной системы с индукцией до 32 Тл (Рис. 1) и созданию ветряных генераторов мощностью более 10 МВт.
Рис. 1 Гибридная магнитная система с индукцией 32 Тл
Стоит отметить, что в докладе упоминалось о заинтересованности военных в создании на основе ВТСП-2 лент для генераторов, электродвигателей и систем размагничивания кораблей. По результатам выступления S. Pamidi сделал вывод, что, несмотря на недостаток финансирования, а также отсутствие согласованной программы, рынок ВТСП-2 лент в США продолжает развиваться.
Доклад Sang-Im Yoo был посвящен последним достижениям в производстве ВТСП-2 лент по технологии Reactive Co-Evaporation Deposition & Reaction (RCE-DR) (Рис 2).
Рис. 2. Схема производства ВТСП-2 по технологии Reactive Co-Evaporation Deposition & Reaction (RCE-DR).
Уникальность этой технологии заключается в высокой скорости, по сравнению с известными методиками: скорость напыления ВТСП слоя составляет более 360 м/ч (технология применяется компанией SuNAM* для производства ВТСП-2 лент). В докладе было подробно рассказано об исследовании микроструктур ВТСП-2 лент, получаемых с помощью этой методики; о прогрессе в повышении критической плотности тока и снижении анизотропии свойств во внешних магнитных полях за счет введения искусственных центров пиннинга. По результатам доклада были сделаны следующие выводы: пиннинг вихрей в GdBCO может быть повышен путем регулирования температуры преобразования раствора из фазы Gd2O3 + жидкость в фазу GdBCO. Повышение пиннинга вихрей зависит от степени очистки частиц Gd2O3 в матрице GdBCO. Требуется дальнейшая очистка Gd2O3 частиц и включений других наночастиц - BaZrO3, BaSnO3 и BaHfO3 - в REBCO. Обе кривые JC-B и угловая зависимость JС для отожжённых GdBCO проводников указывает на то, что пиннинг вихрей может быть улучшен еще и за счет оптимизации процесса отжига. Заметное повышение значения критического тока при 77 К (для H||с) происходит за счет роста дефектов вдоль оси с, образующихся в матрице GdBCO в процессе отжига. Кроме того, ведутся работы по повышению производительности выпуска REBCO лент по RCE-DR технологии, в том числе и из проводников на основе EuBCO,
Доклад Teruo Izumi был посвящен обзору состоянию разработок различного рода устройств на основе ВТСП-2 в мире.
В докладе Tereza Pulg были рассмотрены возможности решения проблемы выращивания слоя ReBCO с использованием технологии осаждения из раствора (CSD) (Рис. 3). В докладе подробно изложены результаты исследований микроструктуры ВТСП-2 лент, полученных по технологии CSD, и способы улучшения их качества. По мнению T. Pulg, CSD процесс может быть использован для коммерческого производства ВТСП-2 лент.
Рис. 3. CSD технология производства ReBCO
проводников.
В целом, по представленным устным докладам конференция была разделена на две большие части. Первая часть была посвящена производству ВТСП-2 и исследованию их механических, электро- и теплофизических характеристик. Вторая часть конференции была посвящена применению ВТСП-2 в различных устройствах, таких как кабели, магнитные системы с постоянным и импульсным полем, токовводы, ограничители тока короткого замыкания, электрические машины, в том числе и ветрогенераторы.
В первой части конференции стоит отметить доклады следующих авторов: доклад H.W. Weiijers (NHMFL*), посвященный исследованию характеристик ВТСП-2 лент, используемых для создания магнитной системы с индукцией 32 Тл; доклад Yifie Zhang (Furukawa Electric Co Ltd, Япония), посвященный исследованию механических характеристик ВТСП-2, полученных на базе процесса IBAD-MOCVD; доклад A. Kario (KIT, ITEP*), посвященный исследованию сверхпроводящих свойств Roebel кабеля, изготовленного из ВТСП-2 лент производства SuperPower и SuperOx. Стоит отметить доклады ведущих специалистов Dr. Prusseit (Theva, Германия), Dr. Matias (iBeam, США), Dr. Moon (SuNAM, Корея), Dr. Selvamanickam (Houston Univ., США), Dr. Usoskin (Bruker, Германия), Dr. Arndt (Siemens, Германия), Dr. Samoilenkov (SuperOx, Россия), которые сообщили о последних достижениях своих компаний.
Xavier Obradors (ICMAB*, Испания) сделал доклад, весьма насыщенный информацией об исследованиях микроструктуры, а также транспортных и магнитных характеристик ВТСП-2 лент, полученных с помощью химического осаждения.
В части конференции, посвящённой применениям ВТСП-2 проводников, следует отметить следующие доклады:
Hye-Rim Kim (Research Ins, KEPCO*) - о состоянии разработок и испытаний разрабатываемого компанией сверхпроводящего ограничителя токов на номинальное напряжение 154 кВ и ток 2кА;
Cheol Hwi Ryu (LS Cable System Ltd, Корея), посвященный разработкам и демонстрации ВТСП кабельных систем постоянного (80 кВ/500 МВт, длина 500 м) и переменного токов (22,9 кВ/120 МВА, длина 100 м и 154 кВ/60 МВА длина 1 км);
Brookhaven National Lab. – о разработке, создании и исследованиях характеристик ВТСП обмоток, работающих в сильных магнитных полях;
Francesco Grilli (KIT, ITEP*) – об оптимальной конструкции обмоток на базе ВТСП-2 лент.
В конце третьего дня конференции прошла сессия, в которой представители ведущих, мировых компаний, занимающихся производством ВТСП-2 лент и их применением (Dr. Werner Prusseit – Theva; Dr. Seung-Hyun Moon – SuNAM*; Dr. Venkat Selvamanickam - Huston University; Dr. Teruo Izumi - ISTEC-SRL*; Dr. Tabea Amdt –Siemens; Dr. Alexander Usoskin – Bruker; Cheol-Hwi Ryu - Ls Cable&System; Sidole Hwang – KEPCO*; David Larbalestier – NHMFL*), обсудили проблемы дальнейшего развития рынка ВТСП-2 лент.
Основной тезис доклада Dr. W. Prusseit заключался в необходимости повышения надежности технологических процессов и снижения затрат на производство ВТСП-2 лент, что позволит к 2030 году снизить цену на ВТСП проводник до 5 $/кА×м. Был представлен возможный план достижения этого показателя. Dr. Moon в своем докладе указал на еще одну очень важную проблему, которая заключается в том, что на сегодняшний момент отсутствует индустриализация процессов проектирования и создания различного рода оборудования на основе ВТСП-2. Dr. Selvamanickam в обсуждении сделал упор на необходимость еще большей коммерциализации продукции на основе ВТСП-2 проводников за счет повышения качества продукции и снижения ее стоимости. Dr. Izumi отметил, что для дальнейшего развития применения ВТСП-2 необходимо снижение стоимости производства, повышение токонесущей способности в сильных магнитных полях, а также снижение потерь на переменном токе. Dr. Usoskin в своем докладе указал на необходимость индустриализации процессов производства и создания рынка ВТСП проводников 2-го поколения. Dr. Arndt и Dr. Hwang затронули тему сверхпроводниковых ограничителей тока (СОТ). Мощным импульсом для коммерциализации СОТ будут, по их мнению, повышение номинальной мощности устройств, снижение потерь на переменном токе и времени восстановления после ограничения тока короткого замыкания. Dr. Ryu предполагает, что для рентабельности рынка ВТСП-2 необходимо уменьшение стоимости ВТСП-2 ленты до 50 $/кА×м. Dr. Larbalestier делает основной упор на использовании ВТСП-2 в кабельных линиях и утверждает, что при увеличении их протяженности стоимость кабеля будет снижается. Проводники для ВТСП кабелей при минимально возможных толщинах должны обладать высокой токонесущей способностью в магнитных полях.
К сожалению, в этом кратком обзоре нет возможности рассказать о всех представленных на конференции работах, поэтому подробно о выступлениях специалистов по конкретным темам читайте в следующих выпусках нашего журнала.
В целом результаты конференции обнадеживают. При условии снижения цены на продукцию и достаточное финансирование рынок ВТСП-2 лент будет продолжать активно развиваться и прочно займет свою нишу в таких областях как электроэнергетика, медицина, индустриальная физика и ряде других.
*Расшифровка сокращений в названиях фирм:
ISTEC-SRL - International Superconductivity Technology, Center Superconductivity Research Lab., Япония;
CSIC ICMAB - Consejo Superior Investigaciones Cientificas, Institut de Ciència de Materials de Barcelona, Испания;
MIT PSFC - Massachusetts Inst., Technology Plasma Science Fusion Center, США;
Schwartz Justin - North Carolina State Univ., США;
SuNAM - Superconductor Nano Advanced Materials Corporation, Корея;
NHMFL - Florida State Univ, National High Magnetic Field Lab.;
KIT, ITEP - Karlsruhe Inst Technology, Inst. Technical Physics, Германия;
KEPCO - Korea Electric Power Corporation.