Superconductividad en la industria de la energía eléctrica: presente y futuro

El patrón general de nuestro tiempo es la reducción de la brecha entre un descubrimiento particular y su implementación. Una vez que este intervalo alcanzó cientos de años, ahora ha disminuido al mínimo. Por ejemplo, la introducción de la fotografía está a 112 años de su apertura. Los fertilizantes minerales comenzaron a usarse 70 años después de su creación, comunicaciones telefónicas, después de 50 años, radiodifusión, después de 35, radiolocalización después de 15, televisión, después de 12, bomba atómica, después de 6 años, un transistor, después de 3 y un láser, después de solo 2 años

El comienzo de la aplicación técnica de los superconductores se remonta a 1955, cuando se creó el primer electroimán con su ayuda. Han pasado 56 años desde el descubrimiento de la superconductividad hasta su introducción. Cual es el problema

Según algunos físicos británicos, este retraso se debe a dos razones: el desarrollo insuficiente de la tecnología criogénica y el descubrimiento de solo superconductores blandos y puros. Los materiales duros con parámetros técnicamente aceptables se conocieron solo en 1930, y solo un cuarto de siglo después de eso, se crearon conductores de dichos materiales. E inmediatamente se construyó un solenoide con un devanado superconductor y se probó con éxito. Nació la superconductividad técnica.

Así, la invención y el comienzo del uso de materiales superconductores técnicamente adecuados coincidieron en el tiempo (1955). Pero la invención real de los superconductores ocurrió, quizás, más tarde. Después de todo, fue solo en 1963 que fue posible crear cables verdaderamente viables que tuvieron que reducirse para la estabilización térmica. Paradójicamente, es un hecho: la introducción de los superconductores comenzó ocho años antes de su descubrimiento real.

Hoy en día, los superconductores se usan prácticamente en física, donde se han utilizado grandes instalaciones de investigación y nuevos dispositivos durante muchos años. De la prensa se conocen aplicaciones individuales de motores eléctricos superconductores, giroscopios, solenoides en barcos, aviones. En medicina, han aparecido metros superconductores de campos magnéticos creados por organismos vivos.

El uso de superconductores en el sector energético y en el transporte es muy relevante. Aquí, el trabajo preparatorio ha estado en curso durante muchos años, pero las nuevas máquinas y cables aún no están en funcionamiento. Por qué

Hay muchas razones que posponen la fecha del uso masivo de superconductores en la economía nacional. Por ejemplo, no fue fácil desarrollar una teoría de la superconductividad, pero no es menos difícil para los ingenieros dominar esta teoría. Una tarea inesperadamente difícil fue la construcción de cables superconductores, no hay otra palabra para el proceso de creación de una composición de elementos múltiples a partir de metales diferentes. La producción de cintas, neumáticos y cables superconductores requirió el desarrollo de tecnología especial, la creación de máquinas especiales e incluso nuevas industrias.

Grandes dificultades están asociadas con el suministro criogénico de objetos superconductores, porque la superconductividad surge solo a temperaturas muy bajas. Se requerían camiones refrigerados de alta potencia.

El desarrollo de la tecnología criogénica es impensable sin el uso de un vacío profundo, por lo que debe aprender cómo recibirlo y mantenerlo. Y, por supuesto, medidas: necesitamos sensores y dispositivos especiales, cables de control que pasan a través de cavidades con diferentes temperaturas.

Pero cuando sea posible superar todas estas dificultades, no será fácil resolver el problema eléctrico. Hasta ahora, en la ingeniería eléctrica de alta potencia, generalmente se utilizan corrientes de decenas a cientos de amperios, y es técnica y económicamente factible transferir corrientes miles de veces más altas a través de superconductores. ¿Pero son necesarias tales instalaciones de amplificadores múltiples?

Tales instalaciones existen, pero son pocas. No es fácil crearlos, porque la capacidad de carga actual de los conductores tradicionales, cobre y aluminio, es limitada. Ahora que con la ayuda de los superconductores es posible aumentar repetidamente las densidades de corriente y las corrientes mismas, sería realista hablar sobre la modernización de todas las instalaciones de energía eléctrica desde las centrales eléctricas hasta los consumidores. ¿Pero es necesario tal ajuste? Si no, ¿por qué crear componentes eléctricos superconductores?

Dichas unidades deben ser de múltiples amperes, esto es innegable. Después de todo, los superconductores son un material conductor maravilloso. Pero los circuitos eléctricos están diseñados para corrientes pequeñas y voltajes muy altos. Bueno, ¿incrustar objetos de múltiples amperios en circuitos de bajo amperaje? Poco realista Y la reestructuración completa de todos los equipos de energía eléctrica es una tarea enorme. ¿Los superconductores realmente encontrarán su lugar solo en instalaciones físicas únicas?

Sin embargo, las dificultades del problema asociado con la introducción de superconductores se están resolviendo gradualmente. Cuando comenzó el trabajo aplicado con superconductores, la falta de personal capacitado, nuevos materiales, equipos y dispositivos fue especialmente grave. Pero aún así, uno tras otro, surgieron modelos pequeños. Ha habido una demanda constante de nuevos cables, fluidificadores, instrumentos y sensores. Los físicos y matemáticos están involucrados en la resolución de problemas puramente prácticos: determinación de campos y corrientes críticas, evaluación de pérdidas de CA, cálculo del comportamiento termoestable de los superconductores en helio líquido.

Hoy, cientos de equipos de investigación están involucrados en los problemas de la superconductividad técnica. Se han identificado planes de investigación a largo plazo, se han formulado cadenas de trabajo, las listas de instalaciones a implementar están listas.

En general, se puede considerar que el trabajo de búsqueda necesario para crear las muestras principales de los superconductores del equipo se realizó en aproximadamente un 30-50%. Entre los modelos creados se encuentran electroimanes para investigación física y para turbogeneradores, motores, transformadores superconductores y secciones de cable, rodamientos y dispositivos.

"Los próximos años serán cruciales para la transición de superconductores de laboratorios a la industria para aplicaciones a gran escala", dice J. Bardin, ganador del Premio Nobel, dos veces.

Lea sobre el futuro de la superconductividad en el próximo artículo.

Mikhail Chernov electro-es.tomathouse.com

Continuación:

El futuro son los superconductores.