Сверхпроводниковые устройства для металлургии
2007, Tом 4, выпуск 6
Тематика: ВТСП устройства
Zenergy Power plc
Корпорация Zenergy Power (Rheinbach, Германия) была образована путём слияния трех компаний, занимавшихся разработкой и производством ВТСП материалов и устройств, среди них: Australian Superconductors (Австралия), SC Power Systems (Сан-Франциско, США) и Trithor (Бонн, Германия). Компания Trithor является одним из производителей ВТСП лент 1-го поколения. Компании Australian Superconductors и SC Power Systems уже несколько лет разрабатывают ВТСП токоограничители, ими создано и испытано в энергосистеме несколько полупромышленных прототипов. За счет расширения Zenergy Power пытается занять позицию лидирующего игрока на мировом рынке ВТСП. В ходе своей последней рекламной компании Zenergy Power заявляла, что будет делать все, чтобы привлечь максимальное число потребителей среди энергетических и промышленных компаний.
Специалистами Trithor недавно была разработана технология волочения труб из цветных металлов (медь, алюминий, бронза) при помощи линейного ВТСП электродвигателя (LIMODRAW) [1], имеющая целый ряд преимуществ перед традиционными для металлургии решениями (рис. 1). Привод осуществляется безо всякого механического контакта, что снижает риск возникновения брака и сокращает механические нагрузки на сварные швы (для шовных труб). Принцип работы LIMODRAW заключается в возбуждении в протягиваемой трубе токов при помощи ВТСП обмоток переменного тока. Так как труба находится во внешнем магнитном поле, то на нее действует сила, которая тянет ее в заданном направлении. Испытания опытного образца установки начались в 2006 г на заводе по производству ВТСП проводника компании Trithor. ВТСП магнитная система работает на переменном токе частотой 25 Гц и намотана из ВТСП ленты на основе Bi-2223 производства Trithor. Так как потери на переменном токе в ВТСП обмотках линейного электродвигателя достигают 700 Вт, то для их охлаждения используется высокопроизводительный криокулер производства Stirling Cryogenics. Хотя параметры установки довольно скромны для полноценного промышленного образца: максимальное усилие 6000 H при скорости волочения 2-3 м/c, она успешно используется для волочения медных и алюминиевых труб (толщина стенки 2 мм) с диаметра 40 мм до диаметра 38,5 мм.
В последнее время возник класс принципиально новых сверхпроводящих устройств – ВТСП индукционные нагреватели. Их использование в алюминиевой промышленности сулит значительные выгоды связанные как с энергосбережением, так и с ускорением технологического цикла. Разработкой сверхпроводящих индукционных нагревателей в Европе занимается компания Zenergy Power, а так-же консорциум во главе с SINTEF.
Рис. 1. Установка LIMODRAW в работе.
Несколько месяцев назад стало известно [2],[3], что Zenergy Power получила заказ на ВТСП индукционный нагреватель от компании Weser-Aluminiumbay – одного из крупнейших производителей алюминия в Германии. ВТСП индукционный нагреватель (рис. 2), предназначенный для разогрева алюминиевых слитков перед прокаткой, разработан и изготовлен в компании Trithor. При потребляемой мощности в 0,65 МВт ВТСП нагреватель способен заменить обычный индукционный нагреватель с энергопо-треблением около 1 МВт. Конструктивно индукционный нагреватель представляет собой ВТСП катушку постоянного тока, в магнитном поле которой вращается нагреваемый слиток. Магнитное поле приложено перпендикулярно оси вращения слитка. ВТСП катушки нагревателя намотаны из ВТСП провода на основе Bi-2223 производства Trithor. Рабочая температура обмоток составляет около 20К. Преимущество данного подхода заключается в очень высоком КПД, достигающем 90%, тогда как КПД обычных индукционных нагревателей составляет для старых моделей 35-45% и 55-60 % для новейших образцов. Сравнение производительностей сверхпроводящего и традиционного нагревателей представлено на рис. 3. Ожидаемая экономия электроэнергии составит до 43%. В промышленно-развитых странах потребление энергии индуктивными нагревателями в металлургической промышленности составляет от 1 до 5% от всего потребления электроэнергии.
Рис. 2. ВТСП индукционный нагреватель Zenergy Power.
Рис. 3. Сопоставление ВТСП индукционного
Поставка и монтаж нагревателя на заводе в Миндене запланированы на первую половину 2008 г. ВТСП нагреватель заменит собой обычный индукционный нагреватель с медной обмоткой водяного охлаждения. На сегодня это первое промышленное ВТСП устройство для нужд металлургии. Проект получил значительную финансовую поддержку от Немецкого Фонда Окружающей Среды
Zenergy утверждает, что при полной загрузке ВТСП индукционный нагреватель за счет экономии электроэнергии и сокращения расходов на техническое обслуживание способен окупить себя за 5 лет. Так-же было заявлено, что стоимость ВТСП нагревателей будет сопоставима с традиционными системами [4]. Для справки, стоимость обычного индукционного нагревателя мощностью в 1 MВт, с учетом затрат на силовую электронику, конденсаторные батареи и монтаж на заводе находится в пределах от 400 до 700 тыс. USD.
Проект ALUHEAT
Работы по созданию сверхпроводящих индукцион-ных нагревателей для алюминиевой промышленности ведутся также в рамках проекта ALUHEAT, возглавляемого норвежской частной некоммерческой организацией SINTEF Energy Research. В начавшемся в 2005 г. проекте участвует целый ряд европейских университетов и научных центров, в том числе и исследовательское подразделение компании SKODA.
В 2008 г. планируется разработать, изготовить и испытать на заводе опытный образец сверхпроводящего индукционного нагревателя мощностью 200 кВт (эквивалентного обычным индукционным нагревателям мощностью 300 - 350 кВт) [5]. Индукционный нагреватель ALUHEAT основан на том же принципе что и разработка Zenergy Power: алюминиевый слиток вращается со скоростью 3000 об/мин в магнитном поле перпендикулярном его оси вращения. Магнитное поле в зоне нагрева составляет 0,4-0,5 Тл. Температура нагрева слитка достигает 450-500 С, что потребовало решить целый ряд проблем технологического плана: от обеспечения вращения размягченного слитка до его последующего торможения и вынимания из нагревателя. Габариты нагреваемого слитка Ж0,215 ґ 0,6 м. В отличие от устройства Zenergy, магнитное поле создается двумя обмотками из провода на основе MgB2 производства компании Columbus Superconductors (Италия), что позволит значительно удешевить конструкцию. Бюджет проекта составляет 2,8 млн. EUR, из них 1,8 млн. выделяется Евросоюзом.