A Moszkvai Repülési Intézetben (Nemzeti Kutatóegyetem) (MAI) in « Szupravezető Elektromos Gépek és Eszközök Központja" A 310-es osztály 1965 óta fejleszt olyan elektromos berendezéseket, amelyek a szupravezetés jelenségét használják fel. 1973-1990 között. a MAI közreműködésével egy 0,5 MW teljesítményű, alacsony hőmérsékletű szupravezető (LTSC) unipoláris generátort és egy 0,7 MW teljesítményű fedélzeti szinkrongenerátort fejlesztettek ki, hoztak létre és teszteltek, számos fedélzeti kriogén erőmű projektet. 10-30 MW teljesítmény készült el.
Az alkalmazott szupravezetés területén végzett munka fejlesztéséért 1993-ban a MAI 310. sz. « Szupravezető Elektromos Gépek és Eszközök Központja". Ettől a pillanattól kezdve a Moszkvai Repülési Intézet Szupravezető Elektromos Gépek és Eszközök Központja egy alapvetően új, folyékony nitrogénnel hűtött, magas hőmérsékletű szupravezetőkkel (HTSC) rendelkező elektromos géposztály létrehozásán dolgozik. 1993-1997 között ezeket a tanulmányokat az Állami Tudományos és Technológiai Bizottság „A kondenzált anyag fizikájának tényleges trendjei” ("Szupravezetés" irányvonal) programja keretében végezték. Az 1995-2008 közötti időszakban. Oroszország és Németország Tudományos Minisztériumának támogatásával (az ömlesztett HTSC-ken alapuló elektromos gépek első prototípusainak elkészítése). A 2009-2013 közötti időszakban. - a "Szupravezetőipar" projekt keretében (a Bizottság "Innovatív energia" projektjének részeként az "Energiahatékonyság" kiemelt területre (második generációs HTSC-n és kinetikus energiatároláson alapuló elektromos gépek létrehozására irányuló munka) mágneses HTSC felfüggesztéssel rendelkező eszközök).
|
D. A. Medvegyev a közlekedési rendszer elrendezését vizsgálja |
Az alábbiakban a munka eredményeit közöljük «
a modern HTSC-n alapuló új elektromos berendezések létrehozásáról az 1993-2013 közötti időszakra:
– Az 1993-1999 közötti időszakban. létrejött a világ első 100 W-os, 500 W-os, 1 kW-os és 4 kW-os hiszterézises HTSC motorsorozata, amely folyékony nitrogénben működik. Kimutatták, hogy ezek a motorok tömegükben és méretükben 3-4-szer jobbak a hagyományos elektromos gépeknél.
– 1997-2000 között A MAI új típusú reaktív szinkron HTSC motorokat fejlesztett ki, gyártott és tesztelt 0,5 kW, 2 kW, 5 kW és 10 kW teljesítményű kompozit HTSC ferromágneses rotorral, folyékony nitrogén hőmérsékleten üzemelve.
– 2002-ben a német-orosz projekt „HTS Motor< 500 kW" в МАИ совместно с ВНИИ НМ им. Бочвара и ОАО «НИИЭМ» (г. Истра) создан 100 кВт реактивный ВТСП электродвигатель. В рамках той же кооперации в 2002 г. создан бортовой крионасос с ВТСП двигателем (совместно с ОАО «Туполев») для перспективных самолетов типа "Криоплан" на водородном топливе.
– 2003-ban a Moszkvai Repülési Intézet és az FPG „New Transportation Technologies” megalkotta az első mágneses felfüggesztési modellt Oroszországban, nagy sebességű szállítórendszerekhez 500 kg teherbírású, volumetrikus, magas hőmérsékletű szupravezetőket használva.
– A MAI 2005 óta fejleszt HTSC villanymotorokat krioszivattyúk meghajtására hidrogénenergiában, valamint krioellátó rendszereket HTSC tápkábelekhez. Kísérletileg kimutatták, hogy az ilyen állandó mágneses és ömlesztett HTSC elemekkel ellátott motorok kimenő teljesítménye másfélszer nagyobb, mint a hagyományos szinkronmotoroké, azonos hűtési feltételek mellett folyékony nitrogénben.
– 2007-ben a Moszkvai Repülési Intézetben az OAO NPO Energomash-val közösen ak. V.P. A Glushko és az OAO AKB Yakor létrehozta és sikeresen tesztelte egy HTSC elektromos meghajtású krioszivattyú ipari modelljét a HTSC tápkábelek kriogén ellátórendszereihez.
– 2008-ban az Oswald Elektromotoren GmbH-val (Németország) közösen létrehoztak és sikeresen teszteltek egy rendkívül dinamikus, folyékony nitrogén hűtésű, 500 kW teljesítményű szinkron HTSC elektromotort speciális ipari hajtásokhoz.
– 2009-ben sikeresen teszteltek a MAI-ban egy rendkívül dinamikus, 150 kW teljesítményű, magas hőmérsékletű szupravezető villanymotort az OAO NIIEM-mel (Istra) közösen (az Orosz Föderáció Védelmi Minisztériumának Mashuk projektje keretében). .
– 2010-ben a Moszkvai Repülési Intézet a JSC Russian Superconductorral közösen megtervezte, legyártotta és tesztelte a HTSC mágneses felfüggesztésen alapuló, 0,5 MJ tárolt energiájú kinetikus energiatároló eszköz (KSE) prototípusát.
2011-2015-ben a "Szupravezetőipar" program keretében a MAI a JSC "NIIEM", MSTU együttműködésével. Bauman, IHEP, JSC "VPO Tochmash" és SUAI, a következő munkát végezték el:
– kidolgozták az elektromos gépek HTSC gerjesztő tekercseinek tekercselésének technológiáit;
– 50 kW teljesítményű, második generációs HTSC-n alapuló motor és generátor első prototípusainak fejlesztése, gyártása és tesztelése az Orosz Föderációban;
– szélerőművek számára fejlesztettek ki és gyártottak egy második generációs, 1 MVA teljesítményű, magas hőmérsékletű szupravezetőkre épülő generátort;
– 200 kW teljesítményű, második generációs HTSC-n alapuló közlekedési villanymotort fejlesztettek ki és gyártottak le;
– kifejlesztett és gyártott CNE mágneses HTSC felfüggesztéssel, több mint 5 MJ tárolt energiával.
Munka eredményei « Center for Superconducting Electrical Machines and Devices, MAI Az új típusú HTSC elektromos gépek, CNE és mágneses felfüggesztési rendszerek létrehozásáról négy monográfiában, több tucat cikkben és szabadalomban jelent meg, és 9 kandidátusi és 3 doktori értekezésben tükröződik. A fejlesztők vezető pozícióit a modern HTSC-ken alapuló új típusú elektromos gépek létrehozása terén Oroszországban és külföldön egyaránt elismerik. A kriogén HTSC elektromos gépek létrehozására irányuló munkát az Orosz Föderáció kormányának két tudományos és technológiai díjjal jutalmazták 2002-ben és 2009-ben, valamint számos oklevelet és érmet orosz és külföldi konferenciákon és kiállításokon.
Még legalább fél évszázadig a hajók észrevehetően nem változtatják meg megjelenésüket. De már most teljesen más, szupravezető hajókról álmodoznak a tudósok és a tervezők, amelyekhez képest a jelenlegi, szénnel és olajjal hajtott, hagyományos légcsavarokkal felszerelt hajók teljesen elavultnak tűnnek.
Az új típusú hajók mozgása - a fent bemutatotthoz hasonlóan - a szupravezetés jelenségén fog alapulni, amikor bizonyos fémek rendkívül alacsony hőmérsékleten megszűnnek ellenállni az elektromos áramnak. Ha egyszer elektromos áramot vezetünk át egy szupravezető anyagon, akkor az szinte végtelenül hosszú ideig tud átfolyni a szupravezetőn. Ezért a szupravezetést alkalmazó eszközöknek rendkívül hatékonyaknak kell lenniük. Jelenleg a fizikusok azzal a feladattal néznek szembe, hogy találjanak olyan anyagokat, amelyek szobahőmérsékleten vagy ahhoz közel kerülnek szupravezető állapotba. A folyékony nitrogén azonban már az ilyen anyagok létrehozása előtt is alkalmazható szupravezető eszközök hűtőközegeként.
A fenti ábra az egyik javasolt szupravezető hajtómű keresztmetszete. Ebben a szupravezető mágneseknek nagy sebességgel kell kifújniuk a vizet a fúvókákból, ezáltal tolóerőt hozva létre a hajó mozgásához. Az ilyen típusú eszközöknek nagyon kevés áramot kell fogyasztaniuk működés közben.
Fent egy kitalált hajó látható, amely több mint 60 mérföld/órás sebességgel suhan át a vízen. A szokásos üzemanyag helyett egy ilyen nagy sebességű jármű gazdaságos szupravezető elektromágneseket használ a mozgáshoz. A 21. század elején megjelenhet és megkezdheti működését egy jelenleg fejlesztés alatt álló új hajótípus.
Egyes fejlesztők úgy vélik, hogy a szupravezető hajtóművek idővel felváltják a hagyományos tengeri közlekedési eszközöket. Az új készülékben a tengervíz a központi csőbe jut. A belsejében számos csatorna található. Mindegyik belsejében két elektróda található, amelyek között elektromos áram folyik. A csatornán kívül egy szupravezető tekercs van felszerelve, amely mágneses teret hoz létre. A tekercsen belüli elektromos és mágneses mezők kölcsönhatása olyan erőt eredményez, amely kiszorítja a vizet a csatornából.
A képen:
1 - bemeneti cső tengervízhez
2 - Propulziós mechanizmus
3 - Csatorna a tengervíz áthaladásához
4 - Elektróda
5 - Szupravezető anyagból készült tekercs
6 - Mágneses fluxus
7 - Tengervíz kimenet
Az I. szerelvény kettős propulsorainál elektromágnesek helyezhetők el a hajótest alatt. Minden ilyen eszközben hat elektromágnes hoz létre mágneses teret. Mindegyik ilyen elektromágnes egy szupravezető tekercsből és két elektródából áll.
A képen:
1. - Vákuumüreg
2. - Vákuumkamra
3. - Folyékony hélium
4. - Elektróda
5. - Hőszigetelő betét
6. Vízcsatorna.
Ez az ujjakon lévő szabály azt az irányt mutatja, amelyben az elektromos és mágneses mezők kölcsönhatása során az ilyen tekercsben fellépő erő. A bal mutatóujját a mágneses mező mentén, a középső ujjat az elektromos áram irányába irányítjuk, majd a nyitott hüvelykujj megmutatja, hogy az erő milyen irányba hat.
Alapítvány a Haladó Tanulmányért / Fotó: novomoskov.ru
Az Advanced Research Foundation és a SuperOx szemináriumot tartott egy új, magas hőmérsékletű, nagy teljesítménysűrűségű szupravezetőre épülő villanymotor kifejlesztéséről.
Az eseményen részt vettek a szövetségi állami költségvetési intézmény szakértői és képviselői „Kurchatov Institute Nemzeti Kutatóközpont”, JSC „N.I. Efremov", JSC "High-tech Kutatóintézet". Bochvar, Rosatom State Corporation, Russian Superconductor JSC, Moscow Aviation Institute, United Aircraft Corporation PJSC, United Shipbuilding Corporation JSC, Orosz Védelmi Minisztérium, valamint az Orosz Föderáció Katonai Ipari Bizottsága. A szeminárium keretében előadás hangzott el a második generációs HTSC vezetékek gyártására szolgáló technológiai sorról, bemutatva a legújabb orosz technológiákat a magas hőmérsékletű szupravezetők előállítására.
A motor bemutató mintájának elkészítését 2018-ra tervezik. Az új technológiának köszönhetően a motor kiküszöböli az elektromos hajtásrendszerek hagyományos hátrányait, és a szupravezetés elvén működő meghajtóberendezések széles skálájának kiindulópontja lesz. Az ilyen típusú kompakt villanymotor létrehozása a következő lépés lesz a szupravezető technológiák fejlesztésében Oroszországban.
Technológiai vonal HTSC huzal gyártásához / Fotó: fpi.gov.ru
A szupravezetők egyedi tulajdonságai - nulla ellenállás és ultranagy áramsűrűség - kulcsfontosságú elemévé teszik őket az áttörést jelentő elektromos megoldások megvalósításához, új lehetőségeket nyitva a villamosenergia-ipar, a közlekedési rendszerek, az orvostudomány és az űr számára. A nagy fajlagos teljesítménnyel és hatásfokkal rendelkező motorokra van kereslet a légi közlekedésben és a hajógyártásban.
A technológia HTSC vezetékeken alapul, amelyeknek más szupravezető anyagokhoz hasonlóan nincs elektromos ellenállása. Egy ilyen huzal használata lehetővé teszi nagyon nagy áramsűrűség elérését viszonylag kis keresztmetszetű kábelek használatakor.
Jelenleg a Haladó Kutatási Alapítvány nyílt pályázatot hirdet a legjobb innovatív tudományos-műszaki ötlet, illetve a magas hőmérsékletű szupravezetés elvein alapuló, fejlett elektromos rendszerek és eszközök fejlesztésére szolgáló fejlett tervezési, technológiai megoldás meghirdetésére – írja az Advanced Research Foundation. .
referencia Információk
Alapítvány a Haladó Tanulmányért- állami alap, amelynek célja a tudományos kutatás és fejlesztés végrehajtásának elősegítése Oroszország védelme és az állam biztonsága érdekében, amely a katonai minőségben új eredmények elérésének magas kockázatával jár. műszaki, technológiai és társadalmi-gazdasági szférában, ideértve az Orosz Föderáció fegyveres erőinek modernizálását, innovatív technológiák fejlesztését és létrehozását, valamint csúcstechnológiás katonai, különleges és kettős felhasználású termékek gyártását.
Fotó: fbcdn-sphotos-d-a.akamaihd.ne
A teremtés története
Az Alap története 2010. szeptember 22-én kezdődött, amikor az orosz gazdaság modernizációjával és technológiai fejlesztésével foglalkozó elnöki bizottságban a Honvédelmi Minisztériumot bízták meg azzal, hogy javaslatokat terjesszen elő egy különálló struktúra létrehozására a megrendelési és a technológiai fejlesztés területén. az áttörést jelentő, magas kockázatú kutatás-fejlesztés támogatása az állam védelme és biztonsága érdekében, az Orosz Föderáció fegyveres erőinek modernizálása, valamint kettős felhasználású technológiák és termékek létrehozása, beleértve a külföldi tapasztalatok figyelembevételét . Ugyanebben az évben Dmitrij Chuskin védelmi miniszter-helyettes kezdeményezésére a Voentelecom egy részleget hozott létre az Orosz Föderáció Fegyveres Erőinek érdekében a javaslatok összegyűjtésére és vizsgálatára - a Védelmi Megoldások Kutatóközpontja.
A külön szervezet létrehozására irányuló kezdeményezést ismét a kormány kezdeményezte 2011 végén, amikor Dmitrij Rogozint nevezték ki miniszterelnök-helyettesi posztra. A Nemzetbiztonsági és Fejlesztési Alap projektjére addigra összegyűjtött javaslatok általa kezdeményezett felülvizsgálata a Fejlett Kutatási Alapról szóló szövetségi törvény előkészítésével zárult, amelyet az Állami Duma elé terjesztettek (a törvényjavaslat és a kísérő melléklet). dokumentumok, indoklások és a szövetségi törvénnyel kapcsolatos megjegyzések).
Valójában az Alap 2013 elején kezdte meg tevékenységét, amikor jóváhagyták az Alap költségvetését, személyzetét és gazdálkodását. Az Alapítvány kutatási irányait később – 2013. augusztus 7-én – fogadták el, amikor a kuratóriumi ülésen elfogadták az első 8 támogatott projektet.
Az alap felépítése három területből áll:
- Információkutatás
- Fizikai és műszaki kutatás
- Kémiai-biológiai és orvosi kutatások
Útvonalak
Fotó: Sergey Shilovs / Rare Earths
A szupravezetés jelensége egyedülálló távlatokat nyit az elektrotechnika, az energia és a közlekedés területén. Már napjainkban is lehetővé válik az, amit korábban tudományos-fantasztikusnak tartottak: az energia szinte veszteségmentes átvitele nagy távolságokra, az érintésmentes, nagy sebességű földi szállítás, valamint az ultranagy mágneses mezők generálása.
A szupravezető képesség forradalmi változásokat ígér különböző területeken, lehetővé téve a bolygóközi űrrepüléseket elektromos rakétahajtóművek segítségével, új utakat nyit meg a függőleges felszálló repülőgépek létrehozásában, segít a komplex betegségek hatékony diagnosztizálására és kezelésére szolgáló eszközök létrehozásában, és még sok más. Egyes elektromosan vezető anyagok azon tulajdonságát, hogy ultraalacsony hőmérsékleten szupravezető állapotba jutnak, már régen felfedezték, de ennek a hatásnak a gyakorlati alkalmazása csak azután vált valósággá, hogy 1986-ban a magas hőmérsékletű szupravezetőket (HTSC) fedezték fel. 1987-ben fizikai Nobel-díjat kapott. A HTSC-n alapuló vezetékek második generációja lehetővé teszi, hogy 77 K hőmérsékleten (a folyékony nitrogén forráspontja) működjenek. A HTSC anyagok gyakorlati felhasználását célzó projekt kidolgozásáról és a jövőre vonatkozó tervekről beszélgetünk a CJSC SuperOx megalkotójával Andrej Vavilovés vezérigazgatója Szergej Szamoilenkov.
Vavilov Andrej Petrovics
A ZAO SuperOx Igazgatóságának elnöke, a közgazdász doktora
Andrej Vavilov: A projekt 2006-os indulásakor a fő cél a technológiai szemlélet kialakítása és a második generációs magas hőmérsékletű szupravezető huzal gyártásának megteremtése volt. Ma egy teljes gyártási lánc, minden berendezés itt, nálunk, Moszkvában található.
A világon mindössze öt ilyen vezeték gyártója van. Mi vagyunk az egyetlen HTS-huzalgyártó Európában, és olyan ikonikus ügyfeleket szállítunk szalaggal, mint a CERN, MIT, Siemens, Cambridge-i Egyetem.
A HTS vezeték kiadása mellett folyamatosan dolgozunk az áttörést jelentő HTS eszközökön, amelyek nemcsak az iparág fejlődéséhez járulnak hozzá, hanem piacot teremtenek a HTS vezetékek fogyasztásának is. Az egyik már elkészült fejlesztés a szupravezető áramkorlátozó eszközök (TOU). Ez a meglévő elektromos hálózatok szempontjából rendkívül fontos eszköz nagymértékben növeli az elektromos rendszer megbízhatóságát, csökkenti az alállomás-rekonstrukció költségeit, egyszerűsíti az elektromos hálózatok üzemeltetését. Ezeknek az eszközöknek a működési elve az anyag azon képességén alapul, hogy nagy vezetőképességű állapotból rezisztív állapotba kerüljön, ha egy küszöbérték feletti áramnak vannak kitéve. 2017-ben a SuperOx megállapodást írt alá az első 220 kV-os HTSC áramkorlátozó berendezés telepítéséről a moszkvai United Energy Company JSC Mnevniki alállomásán. Ezeket a munkákat az Iparfejlesztési Alap támogatja. Egy másik irány a szupravezető elektromos motor létrehozása különféle alkalmazásokhoz. 500 kW teljesítményű villanymotor fejlesztésére kaptunk támogatást a Haladó Kutatási Alapítványtól. E munka eredményeként a HTSC villanymotorok a legkülönfélébb alkalmazásokhoz adaptálhatók: repülés, hajógyártás, rakétatechnika. Ezeknek a motoroknak a legfontosabb előnye, hogy azonos méret és súly mellett lényegesen nagyobb teljesítményt adnak, sokszor többet, mint a hagyományos társai. Hatékonyságuk egyformán magas különböző kapacitásokon. Ez nagyszerű lehetőségeket kínál a csúcs üzemmódokban (például repülőgép felszállásakor) történő működés hatékonyságának optimalizálására, csökkenti az üzemanyag-fogyasztást, valamint javítja a súly- és méretmutatókat. A szintén ebben az irányban dolgozó Airbus és NASA számításai szerint egy ígéretes elektromos repülőgép a jelenleginél 4-szer kevesebb üzemanyagot fogyasztana. És szupravezetés nélkül ezek az elektromos rendszerek nem működnek.
RZ: Hogyan alakul a cég tevékenysége ebbe az irányba?
AB: A leendő elektromos vagy hibrid repülőgépek tervezése során HTS-kábelt használnak majd, amelynek első prototípusát jelenleg a SuperOx-nál készítik. Az elektromos repülőgépek fejlesztése elosztott meghajtású rendszer alkalmazását jelenti, ehhez a szupravezetés nélküli elektromos hajtóművek nem elég hatékonyak. A HTSC elektromos motorok tömeg- és méretparamétereinek, valamint teljesítményének javulása lehetővé tette a függőleges felszálló repülőgépek, például a tiltrotoros típusú repülőgépek fejlesztésének megkezdését. Egy másik, egyre elterjedtebb név a „légi taxi”. Most az egész Szilícium-völgy küzd ilyen repülőgépek létrehozásával, mi pedig már dolgozunk egy konkrét modellen. Egy másik projekt egy elektromos rakétamotor (EP) létrehozása HTSC anyagok felhasználásával. Az elektromos rakétamotor az elégetett tüzelőanyagot és oxidálószert használó vegyi hajtóművektől abban különbözik, hogy rendkívül alacsony a munkafolyadék-fogyasztása. A kis teljesítményű elektromos meghajtó motorokat régóta használják műholdakban helyzetük vagy pályájuk korrigálására. Az ilyen motorokat szupravezetőink segítségével egy-két nagyságrenddel erősebbé akarjuk tenni. Ha most már csak pályakorrekcióra használhatók ezek a hajtóművek, akkor HTSC ERE-ünkkel olyan űrvontatót lehet létrehozni, amely képes rakományt mozgatni a pályák között, például referenciapályáról geostacionáriusra. Ez a technológia lehetővé teszi a repülést a Föld és a Hold között, és tovább, egészen a mélyűrbe. A pályák közötti rakományszállítás az a jövő, amiről mindenki álmodik, de eddig még senki sem tudott a közelébe férkőzni. Az új anyagoknak nagy esélyük van holnap valóra váltani az álmot.
RZ: Milyen stádiumban van most az elektromos rakétahajtás fejlesztése?
AB: A tervezés első szakaszát befejeztük. A következő hónapokban a tervek szerint tesztelik az EJE egyes alkatrészeit, majd az űrben való használatra való adaptációt. Reméljük, hogy 3-4 év múlva az első, HTSC-mágnesekre épülő elektromos rakétahajtóművünkkel ellátott készülék az űrbe repül.
Szamoilenkov Szergej Vlagyimirovics
A CJSC SuperOx vezérigazgatója, a kémiai tudományok kandidátusa
RZ: Milyen egyéb területeken használják általában a magas hőmérsékletű szupravezetőket, és konkrétan a cége termékeit?
Szergej Szamoilenkov: Bár a HTSC-ket 30 éve fedezték fel, a felhasználható anyagok vezeték formájában csak tíz éve, cégünk megalakulásával egy időben kerültek a piacra. Használhatók mindenhol, ahol nagy áramot továbbítanak, vagy nagy mágneses mezőt hoznak létre, ahol korlátozások vannak a berendezés tömegére vagy méreteire vonatkozóan, ahol szükség van a veszteségek csökkentésére stb. Először is, a HTSC vezetékek megtalálták alkalmazásukat az elektromos energiaiparban. A szupravezetés az egyetlen módja részecskegyorsítók és ütköztetők építésének. Az összes jelenleg létező nagy gyorsító alacsony hőmérsékletű szupravezetőkből készül. A második generációs HTSC anyagok lehetővé teszik a meglévő berendezések hatékonyságának növelését, a mágneses mező növelését, és utat nyitnak az új felfedezéseknek, új részecskék és fizikai jelenségek észlelésének. Ezért különösen a CERN érdeklődik termékeink iránt.
RZ: Mondja el, hogyan működik együtt a CERN-nel?
SS: Szupravezető és egyedi HTS alkatrészek szállítója vagyunk, négy külföldi céggel versenyezve. A versenyben nem az alacsony ár miatt nyerünk - a mi árunk sokszor magasabb a versenytársakénál, hanem a magas minőségnek és a termék testreszabhatóságának köszönhetően. A CERN-t számos, kompaktra hajtogatott lapos szalagból készült speciális kábelekkel látjuk el. Most egy ilyen kábelből mágneses betéteket készítenek, amelyeket a tervek szerint a Large Collider belsejébe szerelnek be, hogy ott növeljék a mágneses teret. A jövőben ennek köszönhetően a gyorsítók kisebbek lesznek. A HTS vezetékek az egyedüli anyagok, amelyek ultraerős mezőkön is működnek. A rekordméretű HTSC mágnesek közelítik a 40 T-s határt. Fantasztikus értékek ezek a mágneses tér számára, amely nem impulzusos, hanem állandó üzemmódban csak most, az elmúlt két évben vált elérhetővé az emberiség számára.
HTS áramkorlátozó eszköz
PLD-berendezés HTSC-réteg előállításához impulzuslézeres leválasztással
RZ: Hogyan használhatók az Ön elektromos rakétamotorjai az űrtechnológiában?
SS: Fontos megjegyzés: ez nem jelenti a pályára indítás első szakaszát, nem a föld gravitációjának leküzdését, itt még minden szabványos. Motorokról beszélünk, amelyekkel jelentős lendületet lehet majd adni a tárgyaknak a térben való mozgásukhoz. Az egyik legfontosabb probléma most, amelyet még nem sikerült megoldani, és amelynek megoldásában a motorunk is segíteni fog: hogyan lehet kis mennyiségű üzemanyaggal, azaz tonnák helyett kilogrammokkal mozogni a világűrben elfogadható áron. sebesség. Például a Hubble teleszkóp most javításra és karbantartásra szorul. Az emberiségnek volt az egyetlen módja, hogy repüljön hozzá (és körülbelül 570 km-es pályán van) - a "Shuttle" űrsikló. Ennek a programnak a lezárása után nem repülhet oda senki, sem a Roskosmos, sem Kína, sem a NASA, sem a SpaceX, sem Japán. Lehetetlen. Olyan hajtóművet építünk, amely lehetővé tenné egy vontató űrhajó létrehozását, amely képes kezelni ezt a feladatot. A készülő EJE számos alkalommal képes be- és kikapcsolni, több mint 10 évig működik, és elegendő erővel rendelkezik az 5-6 tonnás nehéz műholdak mozgatásához.
AB: Ha figyelembe vesszük a mélyűrbe repülés elképzeléseit, akkor ennek a technológiának köszönhetően ez valósággá válhat. Az összes film, amit nézünk, az összes fantasztikus hajó, ami odakint van, mind ezen az elven repül, és senki sem repül vegyi motorral.
RZ: Mesélne nekünk a szupravezető anyagok néhány speciális alkalmazásáról?
SS: A leglátványosabb a szupravezetés hatására létrejövő mágneses lebegés, amikor egy szupravezető lebeghet, átrepülhet egy mágneslap felett. Nekünk, a SuperOx-nál van még egy olyan platform is, amely akár kétszáz kilogramm súlyt is elbír. Már Japánban is tesztelnek egy mágneses levitációs vonatot, amely akár 600 km/órás sebességet is képes elérni. Repülőgépek, vadászgépek kilövése – elektromágneses katapult segítségével gyorsíthatóak. A katonai felszerelések összes elektromos és mágneses alkatrésze többszörösen javítható. A hajó tápkábel-rendszerének súlya 10-szeresére csökkenthető! Az amerikaiak most aktívan részt vesznek ebben, és speciális mágneses hurkokat készítenek a HTSC-ből, amelyek minden irányból körülvesznek egy hadihajót, hogy láthatatlanná tegyék a mágneses érzékelőrendszerek számára, és sebezhetetlenek legyenek a mágneses aknák számára. A hajót gyakran lemágnesezik álló állványokon, de amikor jelentős távolságra mozog, és például átlépi az egyenlítőt, ismét könnyen megfigyelhetővé és sebezhetővé válik. Ezért fontos a hajóba integrált aktív gáztalanító rendszereket létrehozni, amelyek a hajó mozgása során képesek beállítani.
A hat IBAD-kamra egyike – pufferrétegek előállítására szolgáló berendezés textúráló technológiával támogatott ionsugárban
RZ: Miért van szükségünk ultra-nagy mágneses mezőkre?
SS: Először is kutatási és analitikai eszközökben használják anyagok tanulmányozására, finom kémiai elemzések elvégzésére, például mágneses magrezonancia módszerével. Másodszor, a gyorsító technika, amelyről fentebb beszéltünk. Vannak alkalmazott, részben védelmi jelentőségű feladatok is, például hiperszonikus fegyverek, rádiókommunikáció visszatérő űrjárművekkel, irányított rakétákkal plazmafelhőben. Mindezekben az esetekben minél nagyobb a mező, annál jobb a megalkotott megoldás minősége, a műszaki jellemzői, és gyakran ez a függés nemlineáris. Méretre: az állandó mágnesek akár 1,5 T-os mezőt is képesek létrehozni, a legerősebb alacsony hőmérsékletű szupravezető alapú mágnesek, amelyeket gyorsítókban, ütközőkben és tomográfokban használnak, térerőssége körülbelül 20 T, a modern HTSC technológiák pedig 40 T-ig terjedő mező, és ez nem a határ.
RZ: Milyen ambíciói vannak a következő néhány évben?
AB: A HTSC technológiák segítségével azt szeretnénk elérni, hogy az elektromos rakétahajtóművel szerelt űrvontatók új oldalt nyissanak az űrkutatásban, a függőleges felszálló repülőgépek új típusú tömegközlekedési és kényelmes légiközlekedési formává váljanak szerte a világon, valamint a Az elektromos energia komplexum egyszerűvé, moderné és megbízhatóvá válik. Arra fogunk törekedni, hogy ebben az egyik központi pozíciót elfoglaljuk, ha nem a főt. Az utat a gyalogos fogja uralni - ebből indulunk ki. A SuperOx már hosszú utat tett meg az egyedi termék kifejlesztésétől az új, áttörést jelentő projektekbe való integrálásig, és a folytatást tervezzük.
SZÖVEG: "Ritkaföldfémek" FOTÓ: Sergey Shilovs
referencia
A SuperOxot 2006-ban alapította Andrej Vavilov. Ma a vállalat az egyetlen második generációs magas hőmérsékletű szupravezető (HTSC) vezeték gyártója Oroszországban és Európában. A szupravezetők egyedülálló anyagok, amelyek elektromos ellenállása nulla, és rendkívül nagy sűrűségű áramot képesek vezetni. Az oxid HTS anyagokat használó eszközök megváltoztathatják a villamosenergia-ipar és a közlekedés arculatát, megnyithatják az utat a hatékonyabb tudományos kutatási és speciális alkalmazások létrehozásához. A társaság szellemi tőkéje több mint 350 éves, összetett oxidokból vékony bevonatok előállítására szolgáló technológiák és új szupravezető anyagok tulajdonságainak tanulmányozása terén szerzett együttes tapasztalatokon alapul. Ma a cég HTSC termékeit a világ 15 országába szállítják. 2011-ben megnyílt egy részleg Japánban - a SuperOx Japan LLC. A projekt gyors sikerének kulcsa a két cég közötti hatékony együttműködés volt.
Olvassa el a SuperOx cégről szóló anyag teljes verzióját a Rare Earths magazin következő számában.
„Innovatív energia/szupravezető ipar” projektA szakértők előrejelzése (WORLD ENERGY OUTLOOK FACTSHEET; IEA) szerint a világ villamosenergia-fogyasztása a 2011-2035 közötti időszakra. Az Orosz Föderáció energiarendszerében a villamosenergia-veszteség az orosz energiaügyi minisztérium szerint 13-15%-ra becsülhető. A "Rosatom" állami vállalat "Innovatív energia / szupravezető ipar" projektje egy innovatív műszaki bázis létrehozására irányul az ország gazdaságának energiahatékonyságának javítására.
A projektet az Orosz Föderáció elnöke irányítása alatt álló bizottság keretein belül hagyták jóvá az orosz gazdaság modernizálására és technológiai fejlesztésére az „Energiahatékonyság” kiemelt területen 2009 októberében, 2010-2015 közötti határidővel.
A második generációs magas hőmérsékletű szupravezetők (HTSC-2) hazai fejlesztéseinek lemaradása érdekében a Rosatom State Corporation a német Bruker HTS cégtől vásárolta meg az ilyen szupravezetők gyártására szolgáló technológiát. A feladat egy innovatív szupravezető ipar alapjainak megteremtését tűzte ki 2015-ig a magas hőmérsékletű szupravezetés hatására épülő prototípusok kifejlesztésével, amelyek megalapozzák a második generációs magas hőmérsékletű szupravezetők ipari gyártását.
A munkában több mint 20 tudományos, ipari és formatervező szervezet vett részt, köztük: IAE, NIIEFA, IHEP, FIAN, IMET, KhPTI, IMF SB RAS, VEI, VNIINM, VNIIKP, NIITFA, Kristall, UMP, CMP, Kirskabel , Elektrosila , MEPhI, MAI, GUAP, MISiS stb.
1. ábra A projekt szakaszai 2010-2015 [A HTSC-2, Pantsyrny V.I., Avdienko A.A. szupravezető technológiák fejlesztése az SC "Rosatom"-ban. JSC "Russian Superconductor", V Össz-oroszországi Kutatási és Termelési Komplexum "A nemzeti innovációs rendszer kialakításának elvei és mechanizmusai", Dubna 2014]
A Szupravezető ipar projekt keretében a következő feladatokat tűztük ki:
Hazai technológiák fejlesztése magas hőmérsékletű szupravezetők (HTSC) előállítására impulzuslézeres ablációs módszerrel,
HTSC-n alapuló szupravezető eszközök prototípusának fejlesztése energetikai célokra:
Rezisztív és induktív típusú szupravezető rövidzárlati áramkorlátozók egyen- és váltóáramú hálózatokhoz, 5-35 MW teljesítménytartományban;
200 kW-os motor,
1 MW generátor,
1000 kVA transzformátor,
1 MJ energiakapacitású induktív energiatároló,
5 MJ-nál nagyobb energiakapacitású kinetikus energiatároló eszköz,
Az áram 15 kA áramfelvételi kapacitású kriogén rendszerekhez vezet.
A jövőben fontolóra veszik a magas hőmérsékletű szupravezető alapú elektromos berendezések gyártásának létrehozását. A kereskedelmi energetika szempontjából kiemelt területek a szupravezetők alkalmazása kábelek és energiaelektronikai és energiatároló eszközök (induktív és kinetikus tárolók) létrehozására.
A szupravezető kábelek az ultraalacsony energiaveszteségnek és nagy áramerősségnek köszönhetően új szintre emelik a hálózati gazdaság energiahatékonyságát. A villamosenergia-termelő és -exportáló létesítmények elhelyezésének alapvetően új feltételei vannak. A szupravezetés hatásán alapuló elektromos berendezések és erőművek javítják a vasúti és tengeri közlekedés, energia, olaj és gáz, gyártás stb. hatékonyságát. A szupravezetés rendszeralkalmazásai a szupravezető mágneses eszközökre terjednek ki; kriogén tárolók; űrplatformok; kinetikus energiatároló eszközök. A mágneses levitáció (MagLev) hatását alkalmazó vonatok akár 1000 km/órás sebességet is elérhetnek. A szupravezetés másik alkalmazása egy szupravezető kvantumszámítógép lehet.
A JSC "Russian Superconductor" vezetője szerint V.I.Pantsyrny szerint a szupravezetők használata lehetővé teszi Oroszország számára, hogy jelentősen megtakarítson az elektromos veszteségek csökkentésével.
Háttér
Atommagtudósok régóta dolgoznak a szupravezető anyagok létrehozásának technológiáján. Az 1970-es évektől kezdve a Kurchatov Intézet és az Intézet megkezdte a műszaki szupravezetők fejlesztését. A.A. Bochvar. Az 1960-as évek óta A műszaki szupravezetés problémáival a V.I.-ről elnevezett NIIEFA foglalkozik. D. V. Efremov, akinek fő célja a termonukleáris reaktorok mágneses rendszereinek létrehozása volt. A VNIINMe-nél fejlesztették ki őket. A. A. Bochvara kompozit szupravezető anyagok technológiáit vezették be az ipari termelésbe. Az NbTi szupravezető ötvözeten és Nb 3 Sn intermetallikus vegyületen alapuló alacsony hőmérsékletű szupravezetőket (LTSC), amelyek 4,2 K (-268,9 °C) folyékony hélium hőmérsékleten működnek, a Szovjetunióban a világ első nagy tokamakjainak (toroidális) létrehozásához használták. kamrák mágnestekercsekkel ) T-7 és T-15 szupravezető mágneses rendszerekkel.
A kompozit LTSC területén szerzett 40 éves tapasztalat lehetővé tette Oroszország számára, hogy részt vegyen az ITER termonukleáris reaktor létrehozására irányuló nemzetközi projektben. Európa, az USA és Japán vezető vállalatai mellett Oroszország a szupravezetők egyik gyártójává vált. Az ITER mágneses rendszer szupravezető anyaggal való ellátásának biztosítására a Csepetszki Mechanikai Üzem (ChMZ) bázisán megszervezték az LTSC ipari gyártását évi 60 tonna szupravezető anyag kapacitással. A gyártás 2009-es kezdete óta ~99 tonna Nb 3 Sn és ~125 tonna Nb-Ti alapú szupravezető anyagot állítottak elő az ITER számára.
Az alacsony hőmérsékletű szupravezetők másik kulcsfontosságú fogyasztója az orvosi mágneses rezonancia képalkotó szkennerek gyártása.
Az 1990-es években a szupravezetés fejlődésének új szakasza kezdődött. A. Müller és J. Bednorz tudósok az IBM svájci kutatólaboratóriumából 1985-1986-ban. szintetizált fémoxid kerámia - lantán, bárium, réz és oxigén vegyülete (La-Ba-Cu-O ) , amely 35 K hőmérsékleten szupravezetést mutatott. A világ az új szupravezetők keresésének lázában volt. A kritikus hőmérséklet az La–Sr–Cu–O vegyület esetében 45 K-ről 52 K-re emelkedett a La–Ba–Cu–O (nyomás alatt) esetében. 1987 februárjában az amerikai Paul Chu szintetizálta az YBa 2 Cu 3 O 7 vegyületet. , amelynek kritikus hőmérséklete elérte a 93K-t, miután átlépte a „nitrogénhatárt”. A magas hőmérsékletű szupravezetők (HTSC) felfedezése a szupravezetés hőmérsékleti határát a folyékony nitrogén forráspontjáig (77 K), egy sokkal olcsóbb kriogén folyadék forráspontjáig kitolta, amely a transzformátorolajéhoz hasonló magas dielektromos tulajdonságokkal is rendelkezik. 2006. január 1-jén a rekordot a Hg-Ba-Ca-Cu-O(F) kerámiavegyület tartotta, amelynek kritikus hőmérséklete 138 K. 400 kbar nyomáson ugyanez a vegyület szupravezető. 166 KJ-ig terjedő hőmérsékleten Bednorz és K. Müller 1987-ben fizikai Nobel-díjat kapott a magas hőmérsékletű szupravezetés (HTSC) felfedezéséért.
Kereskedelmi termékként a HTSC szalag a 2000-es évek végén jelent meg a világpiacon. Minták készültek a HTSC vezetékekből és kábelekből; Szupravezető kerámia alapú HTSC motorok, generátorok, áramkorlátozók, információs rendszerek, antennatömbök, szupravezető csapágyak és egyéb termékek készültek. 2004-ben minden elektromos eszköz szupravezető prototípusait létrehozták.
A kaliforniai Silicon Valley Power hálózatára 2013-ban csatlakoztak az amerikai SuperPower cég által gyártott, HTS-2 szalagokra épülő, rezisztív típusú áramkorlátozók. Egy másik áramkorlátozó 2014 júniusában a New York állambeli Central Hudson hálózatára csatlakozott. A világ első, két városi alállomást összekötő 1 km-es ipari szupravezető kábele 2014 szeptemberében indult a németországi Essenben. Az AmpaCity projekt 10 000 V-os háromfázisú koncentrikus kábelét 40 MW teljesítmény továbbítására tervezték.
A "Szupravezetőipar" projekt feladatai
A projekt megvalósításának anyavállalatát a Roszatom Állami Vállalat hagyta jóvá, a munka koordinálásával a JSC Russian Superconductort bízták meg, a tudományos vezetést a Nemzeti Kutatóközpont Kurcsatov Intézete végezte.
Ebben a programban a „technológiák fejlesztése és a második generációs hosszú szalagos, magas hőmérsékletű szupravezetők (HTSC-2) és ömlesztett kerámiák kísérleti gyártása volt a HTSC gyártásához”. A NIIEFA JSC és a NIITFA JSC volt a vezető kivitelező, a VNIINM JSC és a GIREDMET JSC a HTSP-2 félkész termékek technológiáinak fejlesztői.
Az iparban kétféle, magas hőmérsékletű szupravezetésen alapuló anyagot gyártanak - az 1. és 2. generációs HTSC anyagokat. Az 1. generációs HTSC-k ezüstmátrixba ültetett bizmut-oxid szupravezető szálakból álló szalagok. Hátrányuk a nagy hőnyereség és a mechanikai törékenység, valamint az ezüstmátrix miatti magas költségek.
A 2. generációs HTS szalagok réteges szerkezetűek. A fémfelület védelmét szolgáló pufferréteg, egy HTS réteg és egy védőréteg egymás után kerül fel az alapra - egy fémszalag. A 2. generációs HTSC szalagok a HTSC-1 szalagokhoz képest számos előnnyel rendelkeznek:
Alacsonyabb költség (olcsóbb anyagok);
Nagyobb kritikus áramsűrűség és kisebb váltakozó áramú veszteségek;
Nagyobb mechanikai szilárdság;
Erős mágneses térben való munkavégzés képessége.
A német Brucker HTS cégtől vásárolt HTSC-2 szalagok gyártására szolgáló kísérleti üzem alapján a Kurchatov Nemzeti Kutatóközpontban egy 4 mm széles és 100 m hosszú HTSC-2 szalagok gyártására szolgáló kísérleti sort telepítettek. Intézet (2. kép).
A Rosatom magas hőmérsékletű szupravezető anyagok kísérleti gyártását három helyszínen szervezte meg:
A JSC VNIINM szalag-szubsztrátumot gyárt, amelyre a NIITFA-nál egy orientált réteget visznek fel. Ugyanitt a VNIINM kifejlesztett egy technológiát a puffer- és szupravezető rétegek felhordására szolgáló minden típusú céltárgy gyártására;
A NIITFA JSC kísérleti üzemmel rendelkezik 1000 m hosszú hordozószalagokhoz orientált ionporlasztáson alapuló, orientált pufferbevonattal;
A JSC NIIEFA rendelkezik egy telephellyel a HTSC-2 szalagok kísérleti gyártására legfeljebb 1000 m hosszúságig (3. ábra), ahol a fennmaradó rétegeket lézeres leválasztással rakják le a szalagra, beleértve egy szupravezető oxidkerámia réteget is.
A hosszú hosszúságú HTSC-2 kísérleti gyártása 2015-ben indult az NIIEFA-nál és az NIITFA-nál. Ez a stratégia lehetővé tette egy világszínvonalú kutatóközpont létrehozását Oroszországban a magas hőmérsékletű szupravezetők anyagtudományával, egyedi ipari méretű fejlesztés és gyártás céljából. berendezések a HTSC-2 szalagvezetők gyártásához. Hazai technológiákat dolgoztak ki, kísérleti helyszíneket hoztak létre a szükséges alapanyagok előállításához. A Russian Superconductor JSC megkezdte a tömeges HTSC-k kísérleti gyártását.
2. ábra Sorozat HTSC-2 gyártásához 100 m-ig
A HTSP-2 ipari gyártását tervezik a ChMP alapján. A Csepetszki Mechanikai Üzem magas technológiai potenciállal rendelkezik a tudományintenzív projektek megvalósításában különböző alkalmazási területeken, beleértve a magas hőmérsékletű szupravezetést is, ezért 2012-ben a TVEL OJSC-t és a ChMP OJSC-t bízták meg a kezdeti adatok összegyűjtésével és az előzetes műszaki vizsgálat elvégzésével. és a HTSC-2 új ipari gyártása létrehozásának gazdasági értékelése.
A HTSC-technológiák sikeres kereskedelmi forgalomba hozatalához különféle elektromos berendezéseket (motorok és generátorok, áramkorlátozók, energiatárolók stb.) kell kifejleszteni, amelyek iránt érdeklődni fognak a fogyasztók, hiszen ezek használata a jövőben csökkenti egy kilowatt költségét. óra a fogyasztó számára.
Az azonos méretű rézhuzalhoz képest a HTS kábel tud
5-ször több energiát ad át a hűtőrendszer jelenléte ellenére.
A szupravezető eszközök további költségeit ellensúlyozza a megnövekedett energiahatékonyságuk. 300 MW teljesítmény átadására
10-20 kV elosztó feszültségű, 36 db közönséges kábelre van szükség, melyeket legfeljebb 8 m széles kábelcsatornában fektetnek le Ugyanez a teljesítmény egy 11 cm átmérőjű HTSC kábellel továbbítható, figyelembe véve a hűtőrendszer.
A moszkvai hálózati gazdaságban a HTSC-kábel alkalmazásának példáján a Russian Superconductor kimutatta, hogy ezek a megoldások 20%-kal olcsóbbak, mint a hagyományos technológiák. A Szövetségi Hálózati Vállalat Tudományos és Műszaki Központja (STC FGC) kifejlesztett egy új formátumot a Moszkvába, Szentpétervárra és más orosz nagyvárosokba szánt távvezetékhez - egy magas hőmérsékletű szupravezetésen alapuló kábeles egyenáramú távvezetéket (HTSC). -CLPT). A HTSC-CLPT-ket olyan esetekben használják, amikor kisfeszültségű (10 kV vagy 20 kV) nagy mennyiségű elektromos áramot kell elosztani közvetlenül a CHPP-k generátor feszültségsíneiről vagy az ellátó alállomások gyűjtősíneiről. Ugyanakkor a konstrukció nem tartalmazza a jelentős teljesítmény átviteléhez szükséges emelő és lecsökkentő transzformátorokat (például 20/110 kV és 110/20 kV), valamint a városi teret elfoglaló légvezetékek építését. kizárják vagy helyettesítik. A HTSC kábelek lehetővé teszik az energiahálózatok veszteségének jelentős csökkentését, a szupravezető áramkorlátozókat - az áramellátás megbízhatóságának jelentős növelése érdekében.
3. ábra: Berendezés 1000 m-ig terjedő HTSC-2 kísérleti gyártásához lézeres leválasztáson (NIIEFA) alapulva
A szupravezetők alkalmazásának másik ígéretes ágazata a közlekedés. 2014-ben a Roszatom tudományos és műszaki együttműködési megállapodást írt alá az Orosz Vasúttal, amely magában foglalja a HTSC eszközök létrehozását:
Villamos berendezések mozdonyokhoz,
Áramkorlátozók vontatási alállomásokhoz,
A mágneses levitáció hatásának felhasználása golyós vonatokhoz.
A városi közlekedésben fontolgatják szupravezető motorok és energiatárolók alkalmazását az elektromos buszokon.
Folyamatban van a HTSC elektromos meghajtórendszerek hajóépítésében és a légi közlekedésben való felhasználásával kapcsolatos munka, amikor teljesen elektromos repülőgépeket készítenek.
A megújuló energiaforrásokon (RES) felhasznált innovatív energia esetében ígéretes szupravezető generátorok létrehozása nagy teljesítményű szélturbinákhoz (szélturbinák), amely lehetővé teszi a létesítmények tömegének és méreteinek jelentős csökkentését a hagyományos generátorokhoz képest. A legjobb megoldás autonóm komplexumok létrehozása - szélturbinák szupravezető generátorral és energiatárolóval.
V.I.Pantsyrny, az Russian Superconductor fejlesztési igazgatója szerint a HTSC-piac volumene a 2015-ös 1,8 milliárd dollárról 2022-re 5,8 milliárd dollárra nő. 2040-re pedig a HTSC-technológiák iránti teljes kereslet 6-17 milliárd dollárt tesz ki. dollárt.
A szupravezető elektromos gépek előnyei
A szupravezető elektromos gépek minden típusában közösek a következők:
Csökkentett veszteségek és nagyobb hatékonyság (akár 0,5-1,0%),
Jobb súly- és méretjellemzők (2-3-szor),
Csökkentett reaktancia értékek,
Csökkentett energiafogyasztás a gyártási folyamatban (akár 30%),
lelassítja az elektromos szigetelés öregedési folyamatát,
Környezetbiztonság.
HTSC alapú elektromos készülékek
A NIITFA - SOT-nál kifejlesztették a 3,5/10/35 kV-os hálózatokhoz használható rövidzárlati áramkorlátozó (SOT) prototípusát, amely rezisztív HTSC-2-n alapul, 3,5 kV állandó feszültséghez, 2 kA névleges áramerősséghez. A Műszaki Fizikai és Automatizálási Kutatóintézet kísérleti termelése évi 10-15 SOT előállítására képes. A vizsgálati eredmények alapján módosított COT prototípus kerül felhasználásra a vasutak vontatási áramellátó rendszerében.
Az alternatív energiaforrások bevezetése speciális megoldásokat igényel a meglévő energiahálózatokba való beépítésükhöz, beleértve az energiatárolás kérdését is. A szupravezető energiatároló eszközöket szünetmentes tápegységek létrehozásában és közlekedési energiarendszerek elemeiként is használják. Szupravezető mágneses felfüggesztéssel rendelkező kinetikus energiatároló eszköz (KSE) fejlesztését a Moszkvai Repülési Intézet végezte. A JSC NIIEM (Istra) tesztpadján 2015 decemberében teszteltek egy 5 MJ energiakapacitású, HTSC mágneses felfüggesztésű CNE prototípust.
A MAI egy szupravezető elektromos motort is kifejlesztett közlekedési rendszerek számára. Az elektromos eszközök tömegének és méretparamétereinek csökkentése a HTSC anyagok felhasználása miatt nagyon fontos előny a közlekedésben (repülés, tengeri, vasúti, közúti) történő felhasználás során. A 4. ábrán egy 200 kW teljesítményű szinkron HTSC villanymotor prototípusa látható, a forgórészen HTSC-2 gerjesztő tekercsekkel és egy forgó kriosztáttal. A HTSC-2 mágneses rendszer üzemi hőmérséklete 77K.
4. ábra HTSC villanymotor 200 kW teljesítménnyel (MAI)
A szélenergia fejlesztése világszerte, így Oroszországban is lendületet vesz, a megújuló energiaforrásokon (RES) működő létesítmények építésére kiírt verseny eredményei alapján a VetroOGK (a Roszatom Állami Corporation része) megkapta. 15 db szélerőmű építési joga, összesen 360 MW beépített teljesítménnyel. A tervek szerint széltermelő létesítmények épülnek a Krasznodar Területen és Adygeában, két létesítmény a Kurgan régióban. A szélenergiára az északi-sarkvidéki partvidék gazdasági létesítményei számára is lesz kereslet. Az Electrosphere cég részlege, a Windpark Engineering egy 30 szélmalomból álló szélerőművet kívánt építeni a szentpétervári gát területén. A szélerőműpark teljes teljesítménye 100 MW volt. A WPP egyelőre a projekt szakaszában van.
KL Kovalev vezette MAI-szakemberek csoportja (a NIIEM, JSCB "Yakor", GUAP, NIF "Cryomagnet" alkalmazottaival együttműködve) egy kompakt HTSC szinkrongenerátort készített szélturbinákhoz 1 MVA kapacitással HTSC-2 gerjesztő tekercsekkel. a forgórészen és a forgó kriosztáton. A HTSC-2 rendszer üzemi hőmérséklete 77K.
Az energiaveszteség csökkenése minden egyes 6 MW teljesítményű generátor esetében 170 kW lesz. 6000 óra/év üzemidő esetén a megtakarítás 3 millió rubel/év generátoronként. Az azonos teljesítményű szupravezető generátorok tömege és mérete 3-4-szer kisebb, mint a hagyományosoké.
Petersburg "NIIEFA őket. D.V. Efremov” HTSC-2 mágneses rendszerrel 1 MJ energiaintenzitású és 1 MVA teljesítményű induktív energiatároló eszközt (SPIN) készített (5. ábra).
Az induktív típusú szupravezető tárolóeszközök mágneses mező formájában tárolják az energiát szolenoid vagy toroid mágneses rendszerekben. És lehetővé teszik a tárolt energia gyors kivonását, ami fontos a speciális impulzusrendszereknél.
A NIIEFA-nál az 1970-es évek óta folyik a SPIN fejlesztése 10 11 -10 12 W teljesítményű eszközök kapcsolóüzemű tápegységeként 1-6 MA áramerősség mellett, 1-100 ms impulzusidőtartam mellett. A modern technológiák lehetővé tették 12-17 MJ tárolt energiájú mágnesszelepek létrehozását. 30 MJ tárolt energiájú, 1-5 MW teljesítményű áramforrások előállítása lehetséges helyi hálózatokban történő felhasználásra .
5. ábra HTSC SPIN 1 MJ
A szupravezető technológia érdekes iránya a levitációs effektus felhasználása a nagy sebességű szállításhoz. Ezt Kína, Japán csinálja. Egy erős földrengés után, amelyben az oszakai kísérleti gyűrű egysínű sínje nagyon súlyosan megsérült, a japánok inkább HTSC felfüggesztéssel szállították. A HTSC-felfüggesztett vonat maga egy elektromos gép, a vonatpálya pedig valójában egy állórész tekercs. Ami megsérült a kísérleti gyűrűn Japánban a földrengés után, azt gyorsan elsimították.
Az "ATOMEXPO 2017" nemzetközi fórum kiállítási kiállításán (Moszkva, 2017. június) a nukleáris ipar innovatív termékei és technológiái közül a látogatók az elven működő, csökkentett energiafogyasztású mágneses levitációs rendszerek működő modelljét mutatták be. szupravezető képesség, szintén a JSC "NIIEFA" szakemberei alkották meg.
A "Szupravezetőipar" Energiaintézet projekt részeként. G. M. Krzhizhanovsky (JSC ENIN) kifejlesztette a szupravezető transzformátor prototípusát.
Nincs szigetelés öregedés; a rövid távú kettős túlterhelés lehetősége; a rövidzárlati feszültség alacsonyabb értékének elérésének lehetősége; A hagyományos transzformátorokhoz képest kisebb tömeg és méret a HTS anyagokon alapuló teljesítménytranszformátorok nyilvánvaló előnyei. A HTSC transzformátorok terhelési vesztesége névleges áram mellett 80-90% -kal alacsonyabb, a teljes tömeg kevesebb, mint ~ 2-szer, a méretek 2-3-szor kisebbek, ami lehetővé teszi az ilyen transzformátorok szállítási energiarendszerekbe való beépítését.
Elkészült egy háromfázisú, 1 MVA teljesítményű, 10/0,4 kV feszültségosztályú HTSC transzformátor prototípusa HTSC-2 tekercsekkel és amorf acél mágneses áramkörrel. A HTSC-2 tekercsek üzemi hőmérséklete 77K.
A HTS transzformátorok leginkább azon országok érdeklődésére tartanak számot, ahol alagutakkal ellátott vasúti szállítási rendszerrel, azaz méretkorlátozással rendelkeznek (Korea, Japán, Svájc).
Az atomenergetika fejlesztésének egyik ígéretes iránya a mágneses plazmazárású termonukleáris reaktorok kialakítása, amelyek mágneses rendszerében alacsony és magas hőmérsékletű szupravezetőket is alkalmaznak. A HTSC anyagokon alapuló áramvezetékeket több tíz kA áram átvezetésére tervezték.
A HTSC áramvezetékeket az LTSC rendszerekhez a Kurchatov NBICS csapata fejlesztette ki V. E. Keilin (1933.02.26 - 2014.11.24) vezetésével. Az elmúlt években a VE Keilin aktívan részt vett a HTSC-ipar eszközeinek létrehozásában: nagy teljesítményű, magas hőmérsékletű áramvezetékek, szupravezető vezetékek, a dubnai NICA ütköztető áramvezetékei. A szupravezető mágnesek és nagyáramú vezetékek kriosztátjain végzett munkája széles körben elismert volt, és máig klasszikusnak számít.
Többféle HTSC áramvezetéket hoztak létre:
A gyorsító technológiához
A fúziós eszközökhöz
Elektromos áramellátás (HTSC kábel csatlakozó hüvelyei),
Nagyáramú rugalmas HTSC-2 áramvezetékek.
Az SPbSUAI szakembereiből álló csapat L.I. Chubraeva vezetésével létrejött egy úszó atomerőmű magas hőmérsékletű szupravezető berendezés komplexumának kompakt projektje, amelyet a Rosatom vezetése jóváhagyott. A projekt kidolgozásakor figyelembe vették az FNPP elhelyezkedését is. Az FNPP telephelyének közelében található kohászati üzem és kórház fogadhatná a folyékony nitrogén kinyerése során keletkező oxigént az FNPP HTSC berendezéseinek üzemeltetéséhez. A projekten végzett munka során kiderült, hogy a hatékony szupravezető technológiához nem egyedi termékek, hanem HTSC-komplexumok létrehozása fontos, amelyekben az egyes eszközök gyenge pontjait a teljes rendszer összhatása lefedi, amely zárt hűtésű lehet. áramkör. Az átfogó megoldás nemcsak a teljes rendszer méreteinek csökkentését teszi lehetővé, hanem a karbantartási költségeket is.
6. ábra HTSC berendezések komplexuma úszó atomerőműhöz.
2014 decemberében az Egységes Energia Rendszer Szövetségi Hálózati Vállalat (FGC UES) Kutatási és Fejlesztési Központjában üzembe helyezték a szupravezető eszközök kriogén tesztelő létesítményét. Az oroszországi széttöredezett kriogén bázis akadályozza a szupravezető ipar fejlődését. Az ország egyik kulcsfontosságú kriogén kutatási létesítményének korszerűsítése megoldja e problémák egy részét.
2015 novemberében, az Orosz Tudományos Akadémia Mechanikai, Energetikai, Gépészmérnöki és Irányítási Eljárások Osztálya (EMMPU) Tudományos Tanácsának ülésén az energetikai szektorban alkalmazott szupravezetésről, a projekt végrehajtásának eredményeiről. Szupravezető ipar" című előadást mutatták be.
2015 végén folytatódott a HTSC-2 gyártásának létrehozását és fejlesztését, valamint a HTSC berendezések villamosenergia-alkalmazásait ígéretes munkát szolgáló programok kidolgozása.
"Szupravezetőipar" projekt a 2016-2020 közötti időszakra (HTSC rendszerek különféle célokra) feltételezték az SP rendszerek létrehozását a villamosenergia-termelés és -átvitel tárgyaiban (vízerőművek, atomerőművek, atomerőművek, szélerőművek) - erőművek villamosenergia-termelő komplexumának építése HTSC használata egyetlen rendszerben: Kriorendszer - Generátor - Kábel - Transzformátor - SOT - SPIN (akkumulátor) - Erőátviteli vezetékek.
A HTSC alkalmazása az űrben, tengeri közlekedésben, légi közlekedésben, autóban, vasúton, beleértve a MAGLEV-közlekedést, az orvostudományban (tomográfok, ciklotronok), a tudományban (gyorsítók) stb.
Mára kialakult a műszaki szupravezetés infrastruktúrája, amely kutatóközpontokat, egyetemeket és ipari vállalkozásokat egyesít. A szupravezető termékek oroszországi piacának kialakításához állami támogatásra van szükség a hazai szupravezetőkből készült erőművek vegyesvállalataiból álló szupravezető ipar klasztereinek létrehozására irányuló munkák finanszírozásában.
Jelenleg a "Szupravezetőipar" projekt programjának következő szakaszának kialakítása folytatódik. Szakértők szerint nem szabad lemondani az alacsony hőmérsékletű szupravezetésről a HTSC szükséges paramétereinek elérése érdekében. Az ilyen irányú kutatásokat folytatni kell. Új szupravezető anyagok felkutatásában is ugrásra van szükség. A második fajta figyelemre méltó szupravezetőjének, a magnézium-diboridnak a kritikus hőmérséklete 39 K, vagyis neonnal kell hűteni.
A hélium szintű szupravezető eszközök stabil működéséhez szükséges komplex hűtőrendszerek hátráltatták a szupravezetés jelenségének széles körű elterjedését. Ezeket a HTSC szakaszban különféle típusú kompakt és megbízható kriohűtők váltották fel. A jövő technológiái szempontjából forradalmi jelentőségű lesz olyan új anyagok létrehozása, amelyek képesek hűtés nélkül fenntartani a szupravezető állapotot. Az ilyen anyagok használata drámaian növeli az áramelosztó hálózatok hatékonyságát, és sokkal gazdaságosabbá teszi az energiaszektort.
A „Szupravezetőipar” projekt résztvevői az Alkalmazott Szupravezetés Országos Konferenciáján (NKPS-2015) a „Kurchatov Institute” Nemzeti Kutatóközpontban, az „AtomTech-2015” Nemzetközi Tudományos Konferencián mutatták be munkájukat. Elektrofizika”, a SPIEF 2015-2017, az „ATOMEXPO 2017” Nemzetközi Fórumon.
Az „AtomTech-2015. Az elektrofizika” képviselői a JSC „Russian Superconductor” képviselői jelentéseket készítettek a projekt keretében a HTSC-2 technológiai és energetikai és közlekedési alkalmazásai terén végzett munka eredményeiről. A HTSC-2-n alapuló szupravezető anyagok és technológiák alkalmazásának kilátásairól az orosz szupravezető JSC V.I.Pantsyrny fejlesztési igazgatója beszámolt 2014-ben Dubnában, az „Atomenergia a fenntartható fejlődésért” Nemzetközi Fórumon, a St. Innovation System-ben. az AI-ról elnevezett Tudósok Háza üléseiről Gorkij Szentpéterváron.
A fenti konferenciákon elhangzott beszédek anyagát T. A. Devyatova készítette
