World first as wind turbine upgraded with high temperature superconductor — ABC Chemicals

Сверхпроводники ворвались в энергетику впервые после того, как обычная, работающая ветряная турбина заменила свои постоянные магниты сверхпроводящей лентой. Переключатель означает, что можно создавать более легкие ветряные турбины меньшего размера, которые в меньшей степени зависят от дорогих редкоземельных элементов. Это означает, что цена на турбины может упасть и, в свою очередь, сократить расходы на электроэнергию.

Сверхпроводящий выходит из своей башни из слоновой кости

Марк Далле, Университет Твенте

World first as wind turbine upgraded with high temperature superconductor - ABC Chemicals

В ветрогенераторах сегодня используются постоянные магниты, часто неодимовые, железо-борные, что делает их тяжелыми. Подобно велосипедному динамо, эти магниты вращаются внутри катушек, которые преобразуют магнитную энергию в электричество. Однако им требуется значительное количество редкоземельных металлов, которые дороги и в основном добываются только в одной стране — Китае, что вызывает опасения по поводу безопасности поставок.

Однако генераторы могут быть изготовлены из сверхпроводящих магнитов, что обеспечивает значительную экономию по размеру и весу. «Мы можем создать машину, которая будет обеспечивать такое же количество энергии примерно за половину веса и половину объема обычной ветряной турбины», — говорит Марк Далле, специалист по материалам из Университета Твенте в Нидерландах. Проект EcoSwing, финансируемый ЕС, координировался датской турбинной компанией Envision.

Новый генератор имеет диаметр 4 метра, на 1,5 метра меньше обычного. Он находится внутри турбины высотой 3,6 МВт 88 м в Тибороне, Дания.

Магнитная лента

Новым является использование магнитов из композитной ленты с керамическим сверхпроводящим слоем: гадолиний-барий-оксид меди (GdBaCuO). Сверхпроводящий слой расположен на стальной ленте для гибкости и прочности. Лента была сделана Theva в Германии.

Когда группы первоначально начали пытаться поместить этот сверхпроводник на гибкую металлическую подложку, люди считали их — давайте будем вежливыми — чрезмерно оптимистичными

Марк Далле, Университет Твенте

Сверхпроводящая лента также защищена от отравления металлами слоями оксида магния и серебра. Оксид магния также действует как шаблон для точной кристаллической структуры, необходимой для GdBaCuO. Внешний слой меди обеспечивает электрическую и термическую стабилизацию. Десятки километров этой ленты находится внутри новой ветряной турбины.

«Когда группы первоначально начали пытаться поместить этот сверхпроводник на гибкую металлическую подложку, люди считали их — давайте будем вежливыми — чрезмерно оптимистичными», — говорит Далле. «Нужно было освоить много технических деталей, но они оказались провидцами».

Прибыли сейчас там. «Ветрогенератор мощностью 1 МВт будет содержать примерно тонну неодима в своих магнитах. В нашем генераторе мы используем около 1 кг [редкоземельного] гадолиния, поэтому мы используем на порядки меньше этого относительно редкого и дорогого материала », — говорит Далле. Гадолиний, который заменяет неодим в турбине, стоит всего $18.70 / кг (£ 14.50 / кг) оксида гадолиния по сравнению с $45.50 / кг оксида неодима, согласно данным Roskill и Asian Metal.

Стандартные криоохладители от SHI Cryogenics в Великобритании охлаждают сверхпроводник до –240 ° C. Эти кулеры похожи на те, которые используются в обычных холодильниках, хотя они гораздо мощнее.

Envision особенно интересовала надежность этих кулеров. «Эти кулеры обычно используются в больничных МРТ-машинах, которые являются более чистой средой, чем ветряные турбины», — говорит Далле. «Доказательство того, что они надежны в работающей турбине, было ключевым моментом».

Тестовый цикл

World first as wind turbine upgraded with high temperature superconductor - ABC Chemicals

Генератор прошел испытания на испытательном полигоне в Бремерхафене в Германии, которым руководил Институт Фраунгофера, перед отправкой в прошлом месяце в Данию. «Этот проект является первым в своем роде. Мы пошли от чертежной доски к созданию этого генератора и теперь продемонстрировали его в полевых условиях », — объясняет Далле.

Магне Ранде, исследователь энергии в Sintef в Норвегии, согласна с тем, что главное преимущество — больше ватт на килограмм веса генератора. «Уже много лет люди предсказывают большой рынок для всех видов сверхпроводящих силовых компонентов, таких как кабели, трансформаторы и даже генераторы. Это не осуществилось », — говорит он. «Промышленность неохотно использует непроверенные технологии. Но если они построили полномасштабный опытный образец ветротурбины, который находится в обычном режиме, это достижение ».

Есть три класса сверхпроводников. Низкотемпературные сверхпроводники должны быть охлаждены ниже 10К. Обычно это металлические сплавы, такие как ниобий-титан, которые часто используются в больничных МРТ-сканерах и требуют очень дорогих установок охлаждения. GdBaCuO — высокотемпературные керамические сверхпроводники, класс, который включает иттрий-барий-оксид меди или керамику YBCO, которые сверхпроводят при температуре около 100K.

Диборид магния (MgB2) находится в промежуточном диапазоне, сверхпроводящий при 39K. «Охлаждать в ветротурбине немного сложнее, чем в керамике», — говорит Асгер Бех Абрахамсен, эксперт по ветроэнергетике в Техническом университете Дании, который принимал участие в проекте InnWind, который опробовал MgB2 в генераторах, которые могли бы однажды использоваться крупными оффшорными ветряными турбинами. MgB2 необходимо охлаждать ниже, чем у керамического сверхпроводника, что стоит дороже. Преимущество в том, что он дешевле. MgB2 стоит несколько евро за метр против десятков евро за керамические композиты.

Далле говорит, что новая турбина была разработана консервативно, тогда как следующая версия будет более прототипом. «Сверхпроводимость выходит из ее башни из слоновой кости, где мы работали над крупными научными проектами, такими как ускоритель частиц в Церн и большие магниты в термоядерной установке Iter», — говорит он. «Сейчас мы находимся на этапе, когда материалы могут начать конкурировать с существующими технологиями».

Энтони КингЯ независимый научный журналист из Дублина, Ирландия. Я освещаю различные темы в области химических и биологических наук, а также в области научной политики, здравоохранения и инноваций.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *