Supraledare

Hur supraledare omvandlar energi

En potentiellt omvälvande utveckling för Nexans

Nya processer utvecklade på universitet och nationella och internationella laboratorier har banat vägen för tillverkning av tunn, supraledande film

Nya processer utvecklade på universitet och nationella och internationella laboratorier har banat vägen för tillverkning av tunn, supraledande film.

Dessa filmer tillverkas av platta, keramiska kristaller, där strömmen går längs parallella plan inne i kristallerna. Den tunna filmen är uppbyggd av perfekta men enkla kristaller och har gjort det möjligt för oss att förstå att kristallernas konnektivitet och linjering är det som ligger till grund för högspänningsprestandan hos all supraledande keramik, oavsett huruvida det handlar om lager i yttriumkuprat eller smältgjöt, såsom massiv vismutkuprat (från latinets cuprum, för koppar). 

Om vi på labbnivå extrapolerar den ström som kan passera genom ett mikrometertjockt skikt till ett tvärsnitt på 1 cm² får vi ett värde motsvarande flera miljoner ampere i en optimerad supraledare, med metoder liknande de som används inom mikroelektroniken. Detta överstiger vida de några hundra A/cm² som kan passera genom den massiva keramik som fås vid smältgjutning.

Det viktigaste steget framåt för kabelsystemen har varit kombination och tillämpning av kunskapen om trådtillverkning, kabelkonstruktion och tillverkning med denna nya typ av material.

Den senaste och största provningsanläggningen för LIPA-projektet (Long Island Power Authority) är en imponerande demonstration av en gemensam insats där Nexans kabelkunskap och tillverkningskapacitet varit mycket viktig.

Detta samarbete ledde till en 600 m lång kabel mellan två kopplingsstationer och en drifttemperatur på -200 °C (flytande kväve). Den klarar en överföringseffekt på 600 MVA – dvs tre gånger högre effekt än motsvarande befintliga ledningar – med mindre miljpåverkan (figur 2).

Supraledarapplikationer är nu sakta på väg ut från laboratorierna till praktisk tillämpning som kablar och nya enheter i kraftöverföringsnäten. I tider som dessa där energi alltid skapar rubriker har supraledartekniken blivit ett praktiskt alternativ till vanliga enheter, eftersom de är mindre, lättare och effektivare.

Tekniken är avgörande för många olika applikationer:

  • Högspänningsöverföring på viktiga sträckor med mer energi och mindre miljöpåverkan
  • Strömfelsbegränsning för att minska skaderisken för utrustning och underlätta nätskyddet med enklare kretsbrytare (figur 1)
  • Energilagring (eller kompensation) med hjälp av supraledande induktionsspolar med låga förluster
  •  Högeffektiva energiomvandlingssystem (generatorer, kablar, motorer) för  offshoreenergi, elektriska fartyg och flygplan

Även om det fortfarande är svårt att arbeta med de nuvarande HTS-materialen, pekar den intensiva forskningen på större framgångar i den nära framtiden, med framtagning av filmbeläggningstekniker när elingenjörerna blir vanare med supraledare. Även mindre förbättringar inom supraledarmaterial, repeterbarhet och egenskaper kan skynda på utvecklingen av supraledarapplikationer och göra dem allt vanligare. Vår erfarenhet från nyckelfärdiga supraledarsystem innebär att kunderna snabbt kan ta del av supraledartekniken och skapa genombrott inom sina respektive områden.

supra2
fig 1: Strömfelsbegränsning gör ett tyskt industriområde säkrare

 

 

supra1
fig 2: LIPA-projektet: Världens första HV-supraledande HTS-kabel