ВТСП провода 2-го поколения: от пилотной технологии к промышленной
2007, Tом 4, выпуск 1
Тематика: ВТСП провода и кабели
К концу 2006 г. ВТСП провода 2-го поколения (2G) постепенно превратились из объекта для отработки ВТСП технологии в коммерческий продукт. К январю 2007 г. целый ряд компаний уже перешел (либо перейдет в ближайшие месяцы) от отработки технологии в лабораторных условиях к опытному производству 2G ВТСП. На данный момент американские компании American Superconductor (далее AMSC) и SuperPower обладают полупромышленными установками, способными производить за сутки, соответственно, до 800 и 1200 метров ВТСП ленты шириной 4,4 мм в день (без учета брака). На 2007 г. компании планируют более чем двукратное увеличение производительности установок с последующим переходом к промышленному производству. Европейская компания EHTS и японская Fujikura еще не запустили пилотное производство ВТСП лент 2-го поколения, однако, это не мешает им производить заметные объемы ВТСП ленты в лабораторных условиях. Например, для европей-ского кабельного проекта Super 3C компания EHTS изготовила 4 км ВТСП ленты, что соизмеримо с объемом производства AMSC. В декабре 2006 г. из ВТСП ленты 344S производства AMSC были изго-товлены два прототипа токоограничителей устано-вочной мощностью 2 МВА (Siemens) и 8,3 МВА (Hyundai), соответственно. Однако активная рекла-ма своей продукции в сочетании с проблемами в производственном цикле привели к тому, что сроки поставок ВТСП лент чрезвычайно затянулись: ожидание ВТСП лент AMSC типа 344 может продлиться до 9 месяцев. Компания SuperPower поставила Sumitomo 9,7 км ВТСП ленты для осуществления второй фазы проекта ВТСП кабеля в Олбани. Информация о производственных возможностях крупнейших компаний и свойствах их ВТСП лент ото-бражена в таблице.
ВТСП провода 2-го поколения представляют собой «бутерброд», в котором на достаточно толстую (от 50 до 120 мкм) подложку нанесена тонкая (менее 3 мкм) пленка ВТСП на основе YBCO. Плотность тока в таких проводах можно поднять, как за счет улучшения свойств ВТСП пленок, так и путем простого увеличения их толщины. Уменьшение толщины подложки также чрезвычайно важно, как для увеличения конструктивной плотности тока в обмотках, так и для достижения высокого удельного сопротивления при минимуме расхода проводника в токоограничителях.
Критические токи ВТСП катушек из лент 2-го поколения. (На графике SRL – Superconductor Research Lab., Япония).
За счет увеличения толщины ВТСП пленок с 1 до 3 мкм и улучшения свойств самих пленок, все ведущие производители ВТСП лент 2-го поколения смогли к январю 2007 г. достичь в коротких образцах лент критических токов до 560 А/см и выше. Стоит отметить, что для производства ВТСП лент 2-го поколения сегодня используют несколько в корне отличных друг от друга технологий:
· подложка и буферный слой - RABiTS, IBAD;
· ВТСП слой - MOD, MOCVD или PLD.
(RABiTS - Rolling-assisted biaxially textured substrates; IBAD - Ion beam assisted deposition; MOD - Metal organic deposition; MOCVD - Metal-organic chemical vapor deposition; PLD – Pulse Laser Deposition)
Рекордно высокие величины критических токов получены независимо друг от друга разными компаниями за счет принципиально различных технологических приемов. К сожалению, получить столь высокие результаты на длинномерных лентах пока еще не удалось, если в кусках короче 10 м удается достичь критических токов порядка 400 А/см, то в кусках длинной 100 м критические токи пока находятся на уровне 250 А/см. На сегодняшний день ленту с критическим током 250 А/см и выше в кус-ках по 100 м способны производить все отображенные в таблице компании.
Среди всех производителей ВТСП проводов 2-го поколения стоит выделить компании AMSC и Super-Power. Разработанный AMSC специально для токоограничителей ламинированный проводник 344S не имеет аналогов, покрытие из нержавеющей фольги надежно защищает ВТСП слой от механических воздействий и влаги. В 2006 г. SuperPower успешно перешла на подложки толщиной 50 мкм вместо обычных 100 мкм, что позволяет в 1,5 раза поднять конструктивную плотность тока в обмотках и в 2 раза сократить расход ВТСП ленты в токоограничителях. Компания SuperPower до сих пор остается единственным производителем длинномерных (500 м и более) ВТСП проводов 2-го поколения.
В 2006 г. все производители ВТСП лент 2-го поколения провели большую работу по улучшению зависимости критического тока от магнитной индукции и уменьшению анизотропии свойств проводников, для чего использовали различные способы создания искусственных центров пиннинга (например, технология «наноточек» AMSC). Стало возможным создание соленоидов с полем до 3 Тл, работающих при температурах близких к азотной (64 – 77 К). Разрабатываются ВТСП ленты с пониженными потерями на переменном токе, что достигается за счет особого узора ВТСП и защитного слоев. В 2007 г. ожидается, как количественный скачок объема производства ВТСП проводов 2-го поколения, так и качественный скачок в улучшении их свойств.
На январь 2007 г. цены на ВТСП провода 2-го поколения составляют от 600 до 1200 долл. за кА·м в зависимости от исполнения ленты, производителя и объема поставки.
По материалам сайтов:
http://www.energetics.com/wire07/agenda.html
http://www.igc.com/SuperPower/About%20Us.aspx