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L’avenir surprenant des moteurs supraconducteurs : comment vont-ils révolutionner notre monde énergétique ?
Alors que la demande mondiale en énergie renouvelable continue d’augmenter, les moteurs supraconducteurs sont devenus une étoile montante de la technologie énergétique grâce à leur efficacité et leurs performances exceptionnelles. Ce système moteur s’appuie sur les propriétés sans résistance des matériaux supraconducteurs, ce qui lui confère des avantages opérationnels distincts par rapport aux moteurs traditionnels. Cet article explorera l’historique du développement, les tendances actuelles et les changements futurs possibles des moteurs supraconducteurs.
Principes de base des moteurs supraconducteurs
Un moteur supraconducteur est un système électrique qui repose sur un ou plusieurs éléments supraconducteurs. En raison des caractéristiques de résistance nulle des matériaux supraconducteurs en termes de résistance CC, les moteurs supraconducteurs présentent généralement une efficacité plus élevée. L’un des paramètres les plus importants est leur capacité à générer des champs magnétiques extrêmement élevés, ce qui n’est pas possible avec les moteurs conventionnels. Cette caractéristique conduit à une réduction significative de la taille du moteur, ce qui signifie que sa densité de puissance est grandement améliorée.
Revue d'histoire
En 1831, Michael Faraday invente le moteur homopolaire, qui marque le début de l'histoire des moteurs électriques. En 2005, General Atomics a remporté un contrat pour développer un grand moteur homopolaire supraconducteur à faible vitesse destiné à la propulsion des navires.
Les générateurs homopolaires supraconducteurs sont considérés comme des sources d'énergie pulsée pour les systèmes d'armes laser. Cependant, les moteurs homopolaires du passé ont constitué un défi pour la plupart des applications. Ces dernières années, les moteurs supraconducteurs synchrones à courant alternatif utilisant des supraconducteurs à haute température ont progressivement attiré l’attention de l’industrie.
Objectif actuel
Actuellement, l’intérêt pour les machines supraconductrices en céramique synchrones à courant alternatif se concentre sur les grandes machines telles que les générateurs pour les centrales électriques et marines, et les moteurs pour la propulsion des navires. American Superconductor et Northrop Grumman ont présenté un moteur de propulsion de navire supraconducteur en céramique de 36,5 mégawatts, démontrant ainsi le potentiel des moteurs supraconducteurs.
« L'avènement des générateurs supraconducteurs a permis de réduire considérablement le poids et le volume des générateurs par rapport aux générateurs synchrones à entraînement direct, ce qui pourrait avoir un impact sur le coût de l'ensemble de l'éolienne. »
Avantages et inconvénients des moteurs supraconducteurs
Comparaison avec les moteurs à conducteur traditionnel
Les moteurs supraconducteurs présentent généralement les avantages suivants par rapport aux moteurs conventionnels :
- Pertes résistives réduites (électro-aimant rotor uniquement).
- Réduction de la taille et du poids à puissance maximale sans tenir compte de l'équipement de refroidissement.
Cependant, ils sont également confrontés aux défis suivants :
- Coût, taille et complexité des systèmes de refroidissement.
- Une fois qu'un supraconducteur quitte son état supraconducteur, le fonctionnement du moteur ou du générateur va soudainement chuter ou échouer.
- Tendance de la vitesse du rotor à devenir instable.
Supraconducteurs à haute température et supraconducteurs à basse température
Les supraconducteurs à haute température sont supraconducteurs à des températures d'azote liquide relativement facilement disponibles, ce qui est plus rentable que l'hélium liquide couramment utilisé. Cependant, les supraconducteurs en céramique sont plus fragiles que les supraconducteurs en alliage métallique traditionnels tels que les alliages niobium-titane, et ne peuvent pas être transformés en joints supraconducteurs par boulons ou soudage, ce qui peut augmenter les coûts de production.
Néanmoins, les supraconducteurs en céramique peuvent être plus facilement sortis de leur état supraconducteur sous l'effet de champs magnétiques pulsés, ce qui pourrait causer des problèmes en cas de changements soudains de charge ou d'alimentation.À mesure que la technologie des moteurs supraconducteurs évolue, pourrons-nous assister à leur utilisation généralisée dans la vie quotidienne dans un avenir proche ?
