کاربردهای ابر رسانا (بخش اول)

کاربردهای ابر رسانا (بخش اول)استفاده از ژنراتورهای ابر رسانایی موجب بهبود پایداری شبکه به میزان ۳۰% بیشتر از انواع سنتی آن میشود میزان اتلاف در این ژنراتورها ۵۰% کمتر و بازده ۱ تا ۲ در صد بیشتر از نوع سنتی است. حجم ژنراتورهای ابر رسانایی حدود ۳۰% و وزن آنها حدود ۵۰% کمتر از انواع سنتی میباشد. کاربردهای توان و قدرت ( موتور و ژنراتور ابررسانا) صنعت تولید موتور و ژنراتور ابر رسانا از سال 1999 شروع شده استاستفاده از ژنراتورهای ابررسانایی موجب بهبود پایداری شبکه به میزان 30% بیشتر از انواع سنتی آن میشود میزان اتلاف در این ژنراتورها 50% کمتر و بازده 1 تا 2 درصد بیشتر از نوع سنتی است .حجم ژنراتورهای ابررسانایی حدود 30% و وزن آنها حدود 50% کمتر از انواع سنتی میباشد .استفاده از ژنراتورهای ابر رسانایی موجب بهبود پایداری شبکه به میزان 30% بیشتر از انواع سنتی آن میشود میزان اتلاف در این ژنراتورها 50% کمتر و بازده 1 تا 2 در صد بیشتر از نوع سنتی است.حجم ژنراتورهای ابر رسانایی حدود 30% و وزن آنها حدود 50% کمتر از انواع سنتی میباشد.کاربردهای توان و قدرت ( ترانسفورماتور ابررسانا) مقایسه ترانس های سنتی (روغنی ) و ترانسهای ابر رسانایی - چگالی جریان ترانسهای ابر رسانایی حدود 10 برابر نوع سنتی است .- وزن هسته ترانسهای ابر رسانایی حدود 15% ترانس سنتی است .- اتلاف Ac در ترانس ابر رسانایی حدود 1/0 ترانس سنتی است .- جرم و حجم ترانسهای کمتر از نوع سنتی آن است که در صد آن بستگی به طول نوار ابر رسانای بکار رفته در سیم پیچها و فاکتور شکل سیم پیچها دارند که معمولا بین 30 تا 40 درصد است . - بازده ترانسهای سنتی غالبا کمتر از 94% است در حالیکه بازده ترانسهای ابررسانایی حدود 99% است .- در ترانسهای ابر رسانایی از روغن استفاده نمی شود بنابراین خطر زیست محیطی و آتش سوزی که به دلیل استفاده از روغن در ترانسهای سنتی وجود دارد در آنها وجود ندارد . در سال 2004 اولین ترانس ابر رسانای 10 کیلو ولت آمپر در اتریش ساخته شدترانس 1 مگا ولت آمپر غوطه ور در نیتروژن مایعکاربردهای توان و قدرت( سیم و کابل ابررسانا) قابلیت هدایت جریان برق در کابلهای High Temperature Superconductor HTS بالغ بر 100 بار بیشتر از هادیهای آلومینیومی و مسی متداول می‌باشد. اندازه، وزن و مقاومت این نوع کابلها از کابلهای معمولی بهتر بوده و امروزه تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی در سراسردنیا سعی دارند با استفاده از تکنولوژی HTS باعث کاهش هزینه‌ها و افزایش ظرفیت و قابلیت اطمینان سیستمهای قدرت شوند. کابل های ابر رسانا قابلیت انتقال توان در جریان های متناوب AC (Alternative Current) به میزان3 تا9 برابر کابل های مسی را دارا می باشند وبصورت زیر زمینی کارمی شوند. بین آمریکا، اروپا و ژاپن رقابت سختی روی تولید کابلهای نسل جدید ابررسانا وجود دارد.یکی از مشخصات کابلهای HTS این است که این کابلها حتما باید در دمای پایین کار کنند. در نتیجه کابلهای HTS به گونه ای طراحی شده اند که یک سیستم ویژه خنک کننده دائما از آن پشتیبانی کند.در کابلهای HTSنیتروژن مایع بین لایه های کابل جریان دارد تا آنها را به زیر دمای منفی 200 درجه سانتیگراد برساند و به علاوه به عنوان یک عایق بین لایه مرکزی و لایه های بیرونی تر کابل عمل کند.یک کابل HTS از چند سیم هم محور ابررسانا تشکیل شده است و عایق ایزولاسیون الکتریکی مغزی کابل را به همراه ماده خنک کننده انجام می دهد. این روش به طراحی "عایق سرد هم محور" معروف است. این کابل توسط نکسان ،یکی از بزرگترین تولید کنندگان کابل در جهان، طراحی و ساخته شده است.شرکتهای توزیع برق آمریکا استفاده از کابلهای HTS را آغازکرده اند. در طی دو سال گذشته3 کابل HTS در آمریکا برقدار شده اند. امروزه کابلهای سوت وایر تا 3000 آمپر را تحت ولتاژ 2/13 کیلوولت در کلمبوس اوهایو انتقال می دهد. در سال 2006 شبکه برق سراسری در آلبانی نیویورک یک شبکه توزیع HTS را برقدارکرد. دو کابل HTS نیز در کره و چین نصب شده اند.در آوریل 2008، شرکت برق لیپا اولین شبکه انتقال HTS تجاری جهان را نصب و برقدارکرد. کابل 138 کیلوولت طراحی شده توسط شرکت نکسان به طول نیم مایل توسط لیپا نصب شد و قویترین شبکه HTS جهان را بوجود آورد.این عکس نصب اولین مرحله کابل HTS را در لانگ ایسلند نشان می دهد.شبکه نصب شده توسط لیپا با 574 مگاوات توان قادر است تا مصرف برق 300 هزار مصرف کننده خانگی و تجاری را در ناسائو و سوفولک کانتی نیویورک تأمین کند. این خط 138 کیلوولتی دارای 3 کابل جداگانه HTS می باشد که به صورت موازی با هم کار می کنند و در آوریل 2008 رسما به شبکه پیوسته اند.اولین شبکه قدرت HTS جهان در لانگ ایسلند نصب شده است. این سیستم از 3 کابل مجزا تشکیل شده است که در کانالی به عمق 2/1 متر جای گرفته اند.کاربردهای توان و قدرت( محدود ساز جریان SFCL ) محدود سازهای ابر رسانایی جریان خطا قادرند شبکه های برق را از اضافه جریان های خطرناکی که باعث قطعی پر هزینه برق و خسارت به قطعات حساس سیستم می شوند حفاظت نمایند. اتصال کوتاه یکی از خطاهای مهم در سیستم قدرت است که در زمان وقوع، جریان خطا تا بیشتر از 10 برابر جریان نامی افزایش می یابد. تولید جریان های خطا ، ازدیاد گرمای حاصله ناشی از عبور جریان القایی زیاد در ژنراتورها، ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات و همچنین کاهش قابلیت اطمینان شبکه را در پی دارد. اما اگر به روشی بتوان پس از آشکار سازی خطا، جریان را محدود نمود، از نظر فنی و اقتصادی صرفه جویی قابل توجهی صورت می گیرد. شرکت سوپر پاور امریکا در سال 2008 اعلام کرده است که سیم های نسل دوم از نظر الکتریکی ، حرارتی و مکانیکی قابلیت استفاده در محدود سازهای جریان خطا را دارند و 500 هزار دلار نیز برای توسعه محدود سازها در سال 2008 دریافت کرده است. در امریکا شرکت های جنرال اتمیکز، ساوسرن کالیفرنیا ادیسون، آی جی سی سوپر پاور و آزمایشگاه ملی لس آلاموس در زمینه محدود ساز ابر رسانایی فعال هستند. محدود سازهای ابر رسانایی از جمله موارد مهم در گزارش سپتامر 2007 اداره تامین برق و امنیت انرژی ، برای پلان استراتژی آمریکا بوده است. ساخت FCL ُُS 4/2 کیلو ولتی در آمریکا در سال 2003محدود ساز یک مگا ولت آمپر(تبخیر نیتروژن مایع از سطح باز حین محدود سازی)در سال 1385 در پژوهشگاه نیرو (گروه مواد غیر فلزی) پروژه طراحی و ساخت محدود کننده جریان خطا ی ابر رسانا تعریف گردید. فاز اول این پروژه ساخت سیم ابر رسانا به طول یک متر بود که این امر با کمک دکتر هادی سلامتی از دانشگاه صنعتی اصفهان انجام گرفت. این پروژه در حال حاضر با گذشت 3 سال و صرف هزینه 300 میلیون تومان پیشرفتی حدود 70 درصد داشته است. کاربردهای توان و قدرت( ذخیره کننده انرژی SMES ) این ادوات ذخیره کننده انرژی هستند. یک SMES زیر زمینی حلقه ای به قطر 2 کیلومتر برق راچستر (نیویورک) را برای 5 ساعت تامین می کند.در شبکه برق آینده SMES های کوچک سر راه مصرف کننده صنعتی مانند کارخانجات، پرس سنگین، لانچر قرار میگیرد تا معضل مصرف نامنظم توان را حل کند.این ادوات با قدرت ذخیره بالا نسبت به نمونه های خازنی در ساعات پیک جریان جوابگوی شبکه خواهند بود.اولین نظریه ها در مورد این سیستم در سال 1969 توسط فریر (Ferrier) مطرح شد. وی طرح ساخت سیم پیچ مارپیچی بزرگی را ارائه کرد که توانایی ذخیره انرژی روزانه را برای تمامی فرانسه داشت اما بخاطر هزینه ساخت بسیار زیاد آ ن پیگیری نشد. در سال 1971 تحقیقات در امریکا در دانشگاه ویسکانسین به ساخت اولین دستگاه SMES انجامید. شرکت هیتاچی در سال 1986 یک دستگاه SMES به ظرفیت 5 مگا ژول را آزمایش کرد. در سال 1989 شرکت های چوبو و هیتاچی ذخیره ساز مغناطیسی انرژی ساختند. در سال 1995 ذخیره ساز مغناطیسی انرژی بوسیله زیمنس ساخته شد. در سال 1998 نیز یک ذخیره ساز 360 مگاژولی توسط شرکت ایستک در ژاپن ساخته شد. از سال 2004 یک برنامه 10 ساله برای ساخت ذخیره ساز مغناطیسی با ابر رسانا ی دمابالا در کره جنوبی آغاز شده است. نمونهSMES غوطه ور در نیتروژن مایعکاربردهای حمل و نقل( قطارهای مگ لو MagLev ) بر اثر پدیده ماینسر ، ابر رسانا میدان مغناطیسی را عبور نمی دهد و یک عنصر مغناطیسی می تواند روی ابر رسانا معلق بماند. از این خاصیت در ساخت قطارهای شناور مغناطیسی موسوم مگ لو استفاده شده است. کویل ابر رسانا در داخل قطار قرار می گیرد و ریل های دو طرف قطار به تناوب مغناطیسی و دارای قطب های مخالف می گردند.قطار با توجه به خاصیت شناوری ، بدون هرگونه اصطکاک و بر خورد با ریل، در اثر تقابل قطب های آهنربایی با سرعت زیادی به حرکت در می آید. اولین قطار مغناطیسی در سوم آوریل 1997 در ژاپن با سرعت 510 کیلومتر در ساعت به بهره برداری رسید. و در سال 2000 قطار دیگری با سرعت 581 کیلومتر در ساعت ساخته شد. قطار مغناطیسی شانگهای (از سال 2004) مسافت 30 کیلومتری تا فرودگاه را با سرعت 500 کیلومتر در ساعت طی می کند و هدف سازندگان آلمانی آن رسیدن به سرعت 900 کیلومتر بر ساعت است. قطار توکیو - اوساکا و واشنگتن - نیویورک در دست ساختند. قطار مغناطیسی شانگهایکاربردهای الکترونیک( سنسورهای مغناطیسی اسکوئید) این سنسور ها میدان مغناطیسی بسیار کوچک (10 میلیارد مرتبه ضعیفتر از میدان زمین) را آشکار می کنند. این سنسورها در NDE کاربردهای وسیعی دارند مانندتشخیص ترک بسیار ریز لوله های نفت وگازتشخیص ترک در پلهاتشخیص ترک چرخ و بدنه هواپیماشرکت لوفتانزا برای اورهال هواپیماهای خود، برای تشخیص ترک های ریز چرخ و بدنه از اسکوئید استفاده می نماید.اکتشاف لایه های نفت به کمک اسکوئید از سال 2001 شروع شد. شرکت BHP-Billitonاسترالیا (از بزرگترین شرکتهای معدن دنیا) برای تشخیص معادن از اسکوئید استفاده می کندژئوفیزیک، تشخیص معادن پزشکی، کاردیوگراف