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

ВТСП разработки в Германии

2008, Tом 5, выпуск 2
Тематика: Зарубежные фирмы и их разработки, ВТСП устройства

В конце февраля в Бонне прошел семинар ZIEHL (абревиатура расшифровывается как "Будущее и инновации в энергетическом оборудовании с применением ВТСП"), организованный объединением Supra. Созданное в прошлом году промышленное объединение Supra призвано, среди прочего, лоббировать интересы фирм разработчиков ВТСП технологий и привлекать в отрасль новые инвестиции. В состав объединения вошли фирмы Adelwitz Technologiezentrum (ATZ), Bruker BioSpin, European High-Temperature Superconductors (EHTS), ERT Refrigeration Technology, Evico, Nexans, NKT cables, PerCoTech, Stirling, Theva и Trithor. Доклады двухдневного семинара (большей частью, на немецком языке) расположены на сайте Supra (http://www.ivsupra.de/content/view/91/73).

На форуме были представлены доклады, посвященные ВТСП технологиям в самом широком смысле – от разработки материалов до применений и оценок экономического характера. Надо сказать, что Германия до сих пор является европейским лидером в этой области, хотя в 2000-х годах из-за скудной государственной поддержки немецкие фирмы переживали не лучшие времена. Но, может быть, лоббисткий потенциал Supra изменит ситуацию к лучшему. В докладе руководителя фирмы Theva Вернера Пруссайта указано на то, что в Германии сегодня наибольшая плотность фирм-разработчиков сверхпроводникового оборудования в мире. В этой заметке мы рассмотрим некоторые (не все) из докладов форума.

Рис. 1. География немецких организаций, связанных с прикладной сверхпроводимостью.

Дрезденская фирма EVICO (основана в 2004-м году) известна разработчикам ВТСП лент как чуть ли не единственный коммерческий производитель текстурированной подложки в мире. В 2007-м г. на EVICO установлена вертикальная печь (рис. 3) для текстурирующего отжига, позволяющая обрабатывать до 200 м ленты за один проход в режиме перемотки. Сообщается, что в 2008-м году длина производимых кусков достигнет 400 м. Фирма производит в основном ленты из популярного сплава никеля с 5 ат. % вольфрама, но дрезденская научная группа имеет большой опыт в разработке новых перспективных сплавов. Сейчас сообщается, что получена удовлетворительная текстура в сплаве никеля с 7,5 ат. % вольфрама, однако, о том, как этого достигли, информации нет. Температура Кюри у сплава такого состава составляет около 150 К, он очень прочный, однако, до последнего времени попытки текстурировать сплав с содержанием вольфрама более 5% были малоудачны. Заметим, что группа из Оак Рижда (США) также недавно сообщила о получении высокой степени текстурирования в сплаве Ni-9 ат. % W посредством тёплой (а не холодной) прокатки.

Рис. 2. Схема, поясняющая кооперацию (и конкуренцию) производителей ВТСП провода в Германии.

Рис. 3. Вертикальная печь для текстурирования Ni-W ленты в режиме перемотки (EVICO GmbH).

Фирма EHTS развивает технологию IBAD-PLD, разработанную в 90-х годах в группе Фрайхарда в Гёттингене. Результаты этой группы украшали все "рекордные" диаграммы несколько лет назад и на сегодня лучшим достижением фирмы являются 100 метров ленты с криттоком 253 А на 1 см ширины. Мировое лидерство в последние годы немцы уступили американцам и японцам. В докладе подчеркивается экономическая эффективность подхода IBAD-PLD, вопреки распространённому мнению о том, что эти методы – самые дорогостоящие из применяемых сегодня. Тем не менее, EHTS инвестирует в дальнейшее развитие своей технологии, устанавливает шестизонную установку для скоростного PLD и разрабатывает новую установку для IBAD. Оборудование должно позволить достичь скоростей от 35 до 75 м/час при длине производимой ленты до 2 км. EHTS производит также ВТСП провод 1-го поколения и поставила в 2007-м году 17 км провода для токовводов большого адронного коллайдера (LHC), а также 1100 ВТСП сборок для токовводов термоядерного реактора (ITER).

Известная немецко-французская фирма Nexans с недавнего времени также активизировалась в об-ласти изготовления проводов 2-го поколения. Технология основана на буферном слое La2Zr2O7, получаемом на подложках Ni-5%W методом MOD. После отжига при 1000oC получаются слои хорошего качества. В феврале получены первые 4 метра ленты с буферным слоем в новой установке в режиме лентопротяжки. Технология нанесения ВТСП также химическая – TFA-MOD, но серьёзных успехов у Nexans в этом направлении пока нет. ВТСП слои неплохого качества получены на буферах Nexans другими компаниями с использованием методов MOCVD (PerCoTech) и электронно-лучевого испарения (Theva). Планы на 2008-й год включают производство 10 м проводника 2-го поколения только своими силами с помощью метода MOD.

В прошлом году группой исследователей из Университета города Брауншвейга основана компания PerCoTech AG. В этом коллективе несколько лет работал автор настоящей заметки. Специализация новой фирмы состоит в использовании метода MOCVD для производства ВТСП 2-го поколения. Фирма тесно сотрудничает с Trithor и Nexans, производя для них буферные слои и ВТСП, а также ведет собственные разработки. На настоящее время на лучших образцах достигнуты плотности критического тока при 77К до 2 МА/см2. Продемонстрирована первая ВТСП-лента длиной 10 метров (в сотрудничестве с Nexans).

Интересный доклад представила фирма Siemens. Siemens не имеет собственного производства ВТСП ленты, но активно участвует в проектах по созданию различного ВТСП оборудования. Так, в 2005-м году был создан 4 МВА генератор, для которого использовались ленты первого поколения производства American Superconductor. В прошлом году, уже на лентах 2-го поколения, создан прототип ограничителя тока мощностью 2 МВА. В докладе приводятся заслуживающие внимания оценки экономического характера. Указано, что при цене в 100 евро/кАм применения могут стать реальностью в областях, где использование ВТСП приводит к большому системному выигрышу – в генераторах, токоограничителях, в кабельных проектах. Широкого применения, с заменой меди в электротехническом оборудовании на ВТСП, можно ожидать только при цене в 10 раз меньше. Немаловажным является время поставки ВТСП провода (разумным считается срок 6 месяцев), гарантии производителя и надёжность поставок - разработчики должны быть уверены, что смогут в будущем приобрести такой же провод (или с лучшими характеристика-ми). В сумме, экономические показатели сегодня указывают на возможность создания прототипов, но не позволяют пока развернуть коммерческое производство ВТСП оборудования. Требования к ВТСП лентам не ограничиваются высоким криттоком, с него они только начинаются.

Таблица 1. Цена на ВТСП провод при покупке больших количеств (по прогнозам фирм-производителей) в евро за кА*м

Фирма Nexans представила доклад по ВТСП-кабелям. Самый мощный на сегодня трёхфазный ВТСП кабель для проекта LIPA (138 кВ/2400А, 574 МВА) изготовлен именно Nexans. Это первый в мире кабель с передаваемой мощностью, сравнимой с таковой для стандартной линии электропередач на 380 кВ. Интересные данные приводятся по потерям в СП-кабеле: как видно из рисунка, основной вклад вносят тепловые потери, за ними следуют диэлек-трические (пропорциональные tanδ диэлектрика – ламинированного полипропилена) и гистерезисные потери. Компания Nexans является мировым лидером также в разработке гибких криостатов. Конструкция базируется на коаксиальных гибких трубах из нержавеющей стали. В пространстве между ними расположена фольга с отражающим алюминиевым покрытием и фиксаторы с низкой теплопроводностью. Пространство между сильфонами откачано до разрежения 10-5 мбар (согласно представленным на семинаре данным), все криостаты проходят тест на герметичность на гелиевом течеискателе.

Рис. 4. Потери в высоковольтном ВТСП-кабеле для проекта LIPA производства Nexans.

Известная компания NKT cables GmbH, имеющая уже 9-тилетний опыт эксплуатации ВТСП кабелей, доложила о своих планах. Они связаны с трёхфазным кабелем Triax, рассчитанным на среднее напряжение от 10 до 72 кВ и мощностью до 400 МВА. Компания планирует реализовать 3 проекта - в Нью-Орлеане (1,7 км, 13 кВ, 64 МВА, заменяет существующую 220 кВ ЛЭП, введение в эксплуатацию в 2011), в Нью-Йорке (300 м, с использованием провода 2-го поколения с эффектом токоограничения) и в Амстердаме (6 км, 50 кВ, 250 МВА, заменяет существующий подземный кабель, 2012 год).

Рис. 5. Трехфазный кабель Triax (NKT cables GmbH).

Доклад фирмы Converteam был посвящен аспектам применения ВТСП для мощных ветроэнергетических установок (ВЭУ), базирующихся в море. Согласно оценкам, для одного генератора мощностью 8 МВА (12 об/мин) понадобится около 250 км ВТСП провода. ВТСП материалы позволят заметно повысить КПД на малых оборотах за счет подключения генератора к ротору напрямую. Это важно, так как в современных ВЭУ редуктор является главной причиной поломок: в Финляндии в 1996-2004 гг. треть остановок ВЭУ были вызваны имен-но проблемами с редуктором. Существенно уменьшаются размеры и масса генератора. Естественно, есть и масса нерешённых проблем, но Converteam с надеждой смотрит в будущее. ВТСП-провод 2-го поколения для прототипа должна поставить фирма Trithor в 2010-м году.

Фирма Siemens демонстрирует большую заинтересованность в создании двигателей и генераторов. Первый проект связан с оборудованием для морских судов: в цели компании входит разработка малооборотного ВТСП двигателя 4 МВА/ 120 об/мин. Согласно планам, вес и объём ВТСП-двигателя должны сократиться более чем на треть по сравнению с традиционным двигателем, а КПД составить более 96% (для традиционного < 95%). Учитывая успешный опыт создания фирмой 4МВА ВТСП-генератора с КПД 98.7% и сокращением массы на 36%, эти цели видятся вполне достижимыми. Второй проект предусматривает разработку ВТСП генератора для электростанций. Фирма надеется с использованием ВТСП повысить КПД современного электрогенератора на 0,5% - до 99,5%. Для уменьшения потерь предполагается использовать ВТСП провод с транспозицией отдельных жил по схеме Рёбеля (Ludwig Roebel). Стратегия Siemens, как и в недавнем аналогичном проекте General Electric, основана на постепенной замене выходящих из эксплуатации мощностей на ВТСП оборудование.

На форуме представлена интересная разработка фирм Trithor и Bultmann - индукционный нагреватель с ВТСП катушкой для металлических слитков. Этот проект стартовал несколько лет назад, а сегодня фирмы производят оборудование мощностью от 0,5 до 2 МВт. В катушках используется ВТСП провод 1-го поколения производства Trithor. Бесконтактный разогрев блока диаметром 178 мм до температуры 450оС достигается всего за 4,5 минуты (ток в катушке 6 кА). Разогрев происходит очень равномерно, без поверхностного перегрева. При этом более 80% энергии уходят на разогрев детали – эффективность в 2 раза выше альтернативных методов! Такое оборудование находит применение, например, для разогрева алюминиевых заготовок перед протяжкой – именно так делают всем знакомый алюминиевый профиль.

Рис. 6. Прогресс в повышении КПД генераторов электрического тока и прорыв, который может обеспечить в этой области ВТСП оборудование.

С.В. Самойленков

  1. http://www.ivsupra.de
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.