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Il sorprendente futuro dei motori superconduttori: come rivoluzioneranno il nostro mondo energetico?
Dato che la domanda globale di energia rinnovabile continua ad aumentare, i motori superconduttori sono diventati una stella nascente nella tecnologia energetica grazie alla loro eccezionale efficienza e alle loro prestazioni. Questo sistema motore si basa sulle proprietà di assenza di resistenza dei materiali superconduttori, che gli conferiscono notevoli vantaggi operativi rispetto ai motori tradizionali. Questo articolo esplorerà la cronologia dello sviluppo, le tendenze attuali e i possibili cambiamenti futuri dei motori superconduttori.
Principi di base dei motori superconduttori
Un motore superconduttore è un sistema elettrico che si basa su uno o più elementi superconduttori. Grazie alle caratteristiche di resistenza nulla dei materiali superconduttori in termini di resistenza CC, i motori superconduttori presentano generalmente un'efficienza maggiore. Uno dei parametri più importanti è la loro capacità di generare campi magnetici estremamente elevati, cosa che non è possibile con i motori convenzionali. Questa caratteristica comporta una notevole riduzione delle dimensioni del motore, il che significa che la sua densità di potenza risulta notevolmente migliorata.
Revisione della storia
Nel 1831, Michael Faraday inventò il motore omopolare, che segnò l'inizio della storia dei motori elettrici. Nel 2005, alla General Atomics fu assegnato un contratto per sviluppare un motore omopolare superconduttore di grandi dimensioni e a bassa velocità, da utilizzare nella propulsione navale.
I generatori omopolari superconduttori sono considerati fonti di energia a impulsi per i sistemi d'arma laser. Tuttavia, i motori omopolari del passato hanno rappresentato una sfida per la maggior parte delle applicazioni. Negli ultimi anni, i motori superconduttori sincroni a corrente alternata che utilizzano superconduttori ad alta temperatura hanno gradualmente attirato l'attenzione dell'industria.
Focus attuale
Attualmente, l'interesse per le macchine superconduttrici ceramiche sincrone a corrente alternata si concentra su macchinari di grandi dimensioni, come i generatori per centrali elettriche marine e di pubblica utilità, e i motori per la propulsione navale. American Superconductor e Northrop Grumman hanno presentato un motore di propulsione navale superconduttore in ceramica da 36,5 megawatt, dimostrando il potenziale dei motori superconduttori.
"L'avvento dei generatori superconduttori ha permesso di ridurre significativamente il peso e il volume dei generatori rispetto ai generatori sincroni a trasmissione diretta, il che potrebbe avere un impatto sul costo dell'intera turbina eolica."
Vantaggi e svantaggi dei motori superconduttori
Confronto con i motori a conduttore tradizionale
I motori superconduttori generalmente presentano i seguenti vantaggi rispetto ai motori convenzionali:
- Perdite resistive ridotte (solo elettromagnete del rotore).
- Riduzione di dimensioni e peso a parità di potenza senza considerare le apparecchiature di raffreddamento.
Tuttavia, devono anche affrontare le seguenti sfide:
- Costo, dimensioni e complessità dei sistemi di raffreddamento.
- Quando un superconduttore abbandona il suo stato superconduttore, il funzionamento del motore o del generatore improvvisamente si interrompe o si guasta.
- Tendenza della velocità del rotore a diventare instabile.
Superconduttori ad alta temperatura e superconduttori a bassa temperatura
I superconduttori ad alta temperatura funzionano a temperature dell'azoto liquido relativamente facili da raggiungere, il che è più conveniente rispetto all'elio liquido comunemente utilizzato. Tuttavia, i superconduttori ceramici sono più fragili dei tradizionali superconduttori in leghe metalliche, come le leghe di niobio-titanio, e non possono essere formati in giunti superconduttori mediante bulloni o saldature, il che può aumentare i costi di produzione.
Tuttavia, i superconduttori ceramici possono uscire più facilmente dal loro stato superconduttore se sottoposti a campi magnetici pulsanti, il che potrebbe causare problemi in caso di improvvisi cambiamenti nel carico o nell'alimentazione.Con lo sviluppo della tecnologia dei motori superconduttori, potremo assistere nel prossimo futuro al loro utilizzo diffuso nella vita quotidiana?
