Выпуски бюллетеня

ТомНомер
13 1
12 1 2 3 4 5 6
11 1 2 3 4 5 6
10 1 2 3 4 5
9 1 2 3 4 5
8 1 2 3 4 5
7 1
6 1 2 3 4
5 1 2 3 4 5 6
4 1 2 3 4 5 6
3 1 2 3 4 5 6
2 1 2 3 4 5
1 1 2
0 0

Тематический указатель

Сверхпроводниковая электротехника в США (2006-2007)

2008, Tом 5, выпуск 1
Тематика: Крупные проекты

На ежегодной отчетной сессии Министерства энергетики США (DOE) были представлены научные и финансовые отчеты правительственных организаций и частных компаний [1], занимающихся разработками ВТСП-технологий для электроэнергетики, выполненные в 2006 - 2007 гг. под патронажем и при финансовой поддержке DOE. Отчетная сессия проходила с 7 по 9 августа 2007 г. в Арлингтоне, США. Было представлено несколько опытных образцов сверхпроводникового электротехнического оборудования, разрабатываемых при поддержке DOE.

Криогенные диэлектрики

Оак-Риджская Национальная Лаборатория (ORNL) представила отчет о разработке низкотемпературных изоляционных материалов для высоковольтных ВТСП устройств. В настоящее время нет точных данных по поведению диэлектриков в импульсных и неоднородных электрических полях при низких температурах. В ORNL была измерена электрическая прочность при различных температурах для различных электроизоляционных материалов, таких как: Tyvek (пористый полиэтилен высокой плотности), Kapton, PPLP (полипропилен). Были рассчитаны вероятности пробоя в жидком азоте для разной геометрии электродов. Композитные электроизоляционные материалы способны обеспечить высокую механическую прочность, хорошую теплопроводность, при заданном значении диэлектрической постоянной. Однако, обычно, при введении в диэлектрик наполнителя его диэлектрическая прочность снижается. В ORNL были разработаны нанокомпозитные диэлектрические материалы (например, с добавлением частиц PVA-TiO2, PVA-BaTiO3 размером в 10 нм), чья диэлектрическая прочность даже выше чем у исходного материала. Для диэлектрика на основе PPLP с добавлением 20–30% нанодисперсного TiO2 пробивное напряжение составляет 130 кВ/мм, в то время как у исходного PPLP лишь 107 кВ/мм. Финансирование проекта в 2007 г. составило 500 тыс. USD.

Снижение потерь на переменном токе в ВТСП проводах 2-го поколения

Национальная Лаборатория в Лос-Аламосе (LANL) представила отчет по изучению потерь на переменном токе в одиночных ВТСП проводах 2-го поколения, в токонесущих элементах на их основе, а также в различных обмотках. Исследовались ВТСП материалы, полученные как путем напыления ВТСП слоя на немагнитную подложку по технологии IBAD (Su-perPower), так и методом химического осаждения ВТСП на текстурированную ферромагнитную подложку (технология RABiTS, разрабатываемая компанией AMSC). Для проводников с текстурированной ферромагнитной подложкой, помимо потерь в ВТСП слое, возникают также гистерезисные потери в подложке, составляющие около 70% от всех потерь (при работе в магнитных полях 0,1 Тл). Бюджет проекта за 2007 г. составил 300 тыс. USD.

Высоковольтные ВТСП токоограничители

Компания AMSC совместно с Siemens, Nexans, LANL, University of Houston и Southern California Edison заявила о возможности создания высоковольтных ВТСП токоограничителей (115 кВ, 1200 А), способных снизить токи КЗ с 80 кА до 55 кА. Проект высоковольтного токоограничителя основывается на опыте разработки устройств для сетей 6-10 кВ. В январе 2007 г. компанией Siemens совместно с AMSC был успешно испытан однофазный токоограничитель резистивного типа на 2,25 МВА, 13 кВ [2].

Компания SuperPower совместно с ORNL уже несколько лет ведет работы над высоковольтными (138 кВ) ВТСП токоограничителями на основе ВТСП проводов 2-го поколения SuperPower. Уже созданы и прошли испытания концепт-прототип и однофазный альфа-прототип. Бета-прототип токоограничителя скоро должен будет пройти эксплуатационные испытания в сети American Electric Power. В 2007 г. был разработан проект системы охлаждения, оптимизированы рабочие характеристики проводника, проведены высоковольтные испытания узлов токоограничителя при криогенных температурах. Бюджет проекта за 2007 г. составил около 2,8 млн. USD.

ВТСП-трансформаторы

Waukesha Electric Systems (WES) совместно с ORNL продемонстрировали как техническую возможность, так и экономическую целесообразность ВТСП трансформаторов с мощностью 10 МВА и выше. Ранее был разработан, и успешно испытан прототип трехфазного ВТСП трансформатора мощностью 10 МВА (первичное напряжение 24,9 кВ, вторичное 4,2 кВ) на основе ВТСП проводников первого поколения. В 2007 г. ORNL и WES начали разработку специальной высоковольтной изоляции и токовых вводов, для того чтобы максимально упростить и удешевить конструкцию ВТСП трансформатора на 138 кВ. ВТСП трансформаторы должны быть конкурентоспособны по цене, весу, габаритам, затратам на эксплуатацию и сроку службы. Концепт ВТСП-трансформатора мощностью 18 МВА, охлаждаемого жидким азотом, показан на рис. 1. В таблице 1 приведено сопоставление капитальных затрат и расходов на эксплуатацию 18 МВА ВТСП и 24 МВА обычного трансформаторов в течение 30 лет. Бюджет проекта за 2007 г. составил 475 тыс. USD.

Рис. 1. ВТСП трансформатор ORNL и WES, и его однофазный прототип.

Таблица 1.

ВТСП электродвигатели

Компания Reliance Electric совместно с ORNL провели исследования экономической эффективности ВТСП электродвигателей. Ожидается, что ВТСП электродвигатели будут иметь в 2 раза меньшие потери по сравнению с обычными электродвигателями той же мощности. Расчет экономической эффективности показал, что ВТСП двигатель мощностью 5000 л.с. позволит сэкономить электроэнергии на 50 тыс. USD в год. Сегодня около 1/3 генерируемой в США электроэнергии расходуется для приведения в действие двигателей такой мощности. Объем финансирования работ в 2007 г. составил 500 тыс. USD.

ВТСП кабели Southwire

В 2006 г. компанией Ultera был успешно введен в эксплуатацию на подстанции в Биксби трехфазный ВТСП кабель с передаваемой мощностью 69 МВА, длиной 200 м, напряжением 13,8 кВ и рабочим током до 3000 А. Сейчас Ultera совместно с партнерами разрабатывает проект нового трехфазного ВТСП кабеля Southwire-Entergy триаксиального типа с рабочим напряжением 13,8 кВ, который должен заменить в Новом Орлеане высоковольтный кабель напряжением 230 кВ (рис. 2). Кабель будет состоять из трех секций общей длиной 1760 м, ввод кабеля в эксплуатацию запланирован на 2009 - 2010 гг. Основные параметры ВТСП кабеля приведены в таблице 2.

Рис. 2. Место для установки ВТСП кабеля Southwire-Entergy длиной 1,7 км.

Таблица 2.

В 2007 г. компанией Ultera был произведен целый ряд работ, направленных на дальнейшее развитие ВТСП кабельной технологии. Исследовалось влияние ухудшения вакуума в криостате кабеля на его работоспособность. Прошли испытания новые образцы криогенного диэлектрика Cryoflex, разработанные Ultera. Исследовались как различные образцы диэлектрика, так и короткие куски ВТСП кабеля, изготовленные с использованием Cryoflex. Продолжились работы над системами криогенного обеспечения, криогеника ВТСП кабеля в Биксби была дополнена двумя криокулерами производства Q-drive на основе пульсационных труб с холодо-производительностью в 1000 Вт при 77 К каждый (более подробно о них написано в [3]). Монтаж и системную интеграцию криокулеров осуществляла компания Praxair. Была разработана и испытана в ORNL соединительная кабельная муфта, ее установка в короткий отрезок ВТСП кабеля не привела к снижению его критического тока.

ВТСП кабель LIPA

Компании AMSC, Nexans, Long Island Power Authority и Air Liquide уже несколько лет занимаются созданием высоковольтного ВТСП кабеля для установки в сети Long Island Power Authority (LIPA), Нью-Йорк. Параметры ВТСП кабеля указаны в таблице 3.

Таблица 3.

За 2007 г. были изготовлены и доставлены к месту монтажа: три фазы ВТСП кабеля в индивидуальных криостатах, токовводные муфты вместе с их криостатами, изоляторы токовводов и прочее оборудование (рис. 3). Одна из фаз кабеля уже установлена в кабельном канале, монтаж остальных фаз и окончательная сборка ВТСП кабеля должны быть завершены к началу 2008 г. Система криогенного обеспечения, также была перевезена и смонтирована на месте установки кабеля. В течение нескольких месяцев проходили приемочные испытания криогеники, продемонстрированы приемлемые результаты. Выполнена большая часть работ по подготовке площадок под распределительные устройства на концах кабеля.

Рис. 3. Токовводные муфты ВТСП кабеля LIPA на площадке (слева) и вводы в кабельные каналы (справа).

Параллельно с работами по проекту LIPA компания AMSC разрабатывает проект высоковольтного кабеля LIPA-2 на базе ВТСП проводников 2-го поколения. Основными отличиями LIPA-2 от предшественника будут:

· Легко-разборный криостат, позволяющего при необходимости осуществлять ремонт кабеля без полного демонтажа фазы.

· Разработка соединительной муфты на напряжение 138 кВ.

· Ограничение тока КЗ самим ВТСП кабелем будет достигаться за счет использования ВТСП проводов типа 344S с высоким удельным сопротивлением.

· Соответствие требованям Secure Super Grids на ограничение тока КЗ.

· Охлаждения высокоэкономичным азотным ожижителем на обратном цикле Брайтона с холодопроизводительностью 20 кВт.

Объем финансирования за 2007 г. составил 7,12 млн. USD.

С.В. Шавкин, В.И. Щербаков

  1. Superconductivity for Electric Systems 2007 Annual Peer Review, USA, Virginia, Arlington.
  2. Сверхпроводники в электроэнергетике, 4, №2, 8 (2007).
  3. Сверхпроводники в электроэнергетике, 5, №1, 7 (2008).
Главная | Новости | Бюллетень | Конференции | Поиск публикаций в базе данных | Новое в базе данных
Российские организации | Энциклопедия | Цели сайта | Контакты | Полезные ссылки | Карта сайта | Помощь

© Copyright 2006-2012. Использование материалов сайта возможно только с обязательной ссылкой на сайт.
Свои замечания и пожелания вы можете направлять по адресу perst@isssph.kiae.ru
Техническая поддержка Alexey, дизайн Teodor.