Language
Country/Area
No result found
Почему «холодная тайна» сверхпроводящих материалов имеет решающее значение для будущих технологий двигателей?
В связи с растущим вниманием к энергоэффективности применение сверхпроводящих материалов в технологии двигателей привлекает все большее внимание. Сверхпроводящий двигатель — это двигательная система, которая использует свойства сверхпроводников для достижения практически нулевого сопротивления постоянному току, тем самым значительно повышая эффективность. Однако «загадка низких температур» сверхпроводящих материалов ограничивает их критическое применение в крупносерийных приложениях. В этой статье мы рассмотрим историю, современное состояние и будущие проблемы сверхпроводящих двигателей, а также то, как эти проблемы повлияют на будущее развитие технологий двигателей.
Сверхпроводники достигают нулевого электрического сопротивления при определенной температуре перехода, что позволяет им генерировать чрезвычайно сильные магнитные поля, которые невозможно создать в обычных двигателях.
Обзор истории
Концепция сверхпроводящих двигателей не нова. Фактически, еще в 1831 году Майкл Фарадей создал первый униполярный двигатель постоянного тока. Со временем исследования по применению сверхпроводников в униполярных двигателях постоянного тока постепенно расширялись. В 2005 году американская компания General Atomics получила контракт на создание большого низкоскоростного сверхпроводящего униполярного двигателя для использования в судовых двигателях.
Считается, что сверхпроводящие униполярные генераторы потенциально могут служить источниками импульсной энергии для систем лазерного оружия, хотя такие машины все еще сталкиваются с трудностями в практическом применении. Ранние синхронные сверхпроводящие машины переменного тока использовали низкотемпературные металлические сверхпроводники и требовали охлаждения жидким гелием, что ограничивало их применение. Однако с развитием технологии высокотемпературной сверхпроводимости машины, использующие керамические сверхпроводники, начали привлекать широкое внимание на рынке.
Появление высокотемпературных сверхпроводящих двигателей дало новую надежду крупнейшим генераторам и судовым гребным двигателям.
Текущие интересы
В настоящее время интерес к синхронным керамическим сверхпроводящим двигателям переменного тока сосредоточен на крупных машинах, таких как генераторы, используемые на коммунальных и морских электростанциях, а также двигатели, используемые в судовых двигателях. Компания AMSC совместно с Northrop Grumman разработала и продемонстрировала сверхпроводящий морской гребной двигатель мощностью 36,5 МВт. Эти двигатели считаются мощной технологией для ветряных турбин благодаря их легкости, что может эффективно снизить общую стоимость объектов генерации электроэнергии.
Ожидается, что первые коммерческие ветровые турбины будут установлены примерно в 2020 году, что откроет путь для будущего развития возобновляемой энергетики.
Легкие характеристики сверхпроводящих генераторов внесут революционные изменения в технологию ветрогенерации.
Анализ преимуществ и недостатков
Сравнение с традиционными кондукторными двигателями
Сверхпроводящие двигатели имеют значительные преимущества по сравнению с традиционными двигателями, но у них также есть некоторые проблемы и ограничения. Прежде всего, к преимуществам сверхпроводящих двигателей можно отнести:
<ул>Однако эти преимущества имеют и некоторые недостатки, такие как:
<ул>Сравнение высокотемпературных сверхпроводников и низкотемпературных сверхпроводников
Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) могут обеспечить сверхпроводимость при более доступных температурах жидкого азота, тогда как использование жидкого гелия приведет к увеличению затрат. Высокотемпературные сверхпроводники обычно представляют собой керамические материалы, но они более хрупкие и с ними сложнее работать, чем со сверхпроводниками на основе металлических сплавов, например, сплавов ниобия и титана. Кроме того, керамические сверхпроводники невозможно соединить болтами или сваркой, что увеличивает себестоимость продукции. В переходных условиях керамические сверхпроводники легче поддаются влиянию осциллирующих магнитных полей и теряют сверхпроводимость, что также является одной из проблем, которые необходимо решить в будущем.
Решение проблемы потери сверхпроводимости керамическими сверхпроводниками во время переходных процессов станет ключом к продвижению вперед технологии сверхпроводящих двигателей.
Заглядывая в будущее, можно сказать, что технологическая эволюция, вызванная сверхпроводящими материалами, несомненно, окажет глубокое влияние на технологию двигателей. Однако для специалистов отрасли актуальным вопросом стал вопрос о том, как преодолеть существующие проблемы и в полной мере раскрыть потенциал сверхпроводящих двигателей. Можем ли мы действительно ожидать, что по мере развития технологий сверхпроводящие материалы получат широкое распространение в повседневных приложениях?
