Language
Country/Area
No result found
Tại sao 'bí ẩn lạnh' của vật liệu siêu dẫn lại quan trọng đối với công nghệ động cơ trong tương lai?
Với sự chú trọng ngày càng tăng vào hiệu quả năng lượng, việc ứng dụng vật liệu siêu dẫn trong công nghệ động cơ đang ngày càng được quan tâm. Động cơ siêu dẫn là hệ thống động cơ sử dụng các đặc tính của chất siêu dẫn để đạt được điện trở DC gần như bằng 0, do đó cải thiện đáng kể hiệu suất. Tuy nhiên, "bí ẩn nhiệt độ thấp" của vật liệu siêu dẫn hạn chế các ứng dụng quan trọng của chúng trong các ứng dụng khối lượng lớn. Bài viết này sẽ tìm hiểu về lịch sử, tình trạng hiện tại và những thách thức trong tương lai của động cơ siêu dẫn, cũng như cách những thách thức này sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển trong tương lai của công nghệ động cơ.
Các chất siêu dẫn đạt được điện trở bằng 0 ở một nhiệt độ chuyển tiếp nhất định, cho phép chúng tạo ra từ trường cực cao mà động cơ thông thường không thể đạt được.
Xem lại lịch sử
Khái niệm về động cơ siêu dẫn không phải là mới. Trên thực tế, ngay từ năm 1831, Michael Faraday đã tạo ra động cơ đồng cực DC đầu tiên. Theo thời gian, nghiên cứu về ứng dụng siêu dẫn trong động cơ DC đồng cực ngày càng tăng. Năm 2005, công ty General Atomics của Hoa Kỳ đã được trao hợp đồng chế tạo một động cơ siêu dẫn đồng cực tốc độ thấp, lớn để sử dụng trong hệ thống đẩy tàu thủy.
Máy phát điện đồng cực siêu dẫn được cho là có tiềm năng đóng vai trò là nguồn năng lượng xung cho hệ thống vũ khí laser, mặc dù những cỗ máy như vậy vẫn còn gặp nhiều thách thức khi ứng dụng vào thực tế. Các máy siêu dẫn đồng bộ AC ban đầu sử dụng chất siêu dẫn kim loại nhiệt độ thấp và cần làm mát bằng heli lỏng, điều này hạn chế ứng dụng của chúng. Nhưng với sự phát triển của công nghệ siêu dẫn nhiệt độ cao, các máy sử dụng chất siêu dẫn gốm đã bắt đầu thu hút sự chú ý rộng rãi trên thị trường.
Sự phát triển của động cơ siêu dẫn nhiệt độ cao đã mang lại hy vọng mới cho các máy phát điện và động cơ đẩy tàu lớn nhất.
Sở thích hiện tại
Hiện nay, sự quan tâm đến động cơ siêu dẫn gốm đồng bộ AC tập trung vào các máy móc lớn như máy phát điện được sử dụng trong các nhà máy điện tiện ích và hàng hải, và động cơ được sử dụng trong hệ thống đẩy tàu thủy. AMSC, cùng với Northrop Grumman, đã phát triển và trình diễn động cơ đẩy hàng hải siêu dẫn công suất 36,5 MW. Những động cơ này được coi là công nghệ mạnh mẽ cho tua-bin gió do tính chất nhẹ của chúng, có thể giúp giảm hiệu quả chi phí cho toàn bộ cơ sở phát điện.
Các tua bin gió thương mại đầu tiên dự kiến sẽ được lắp đặt vào khoảng năm 2020, mở đường cho sự phát triển năng lượng tái tạo trong tương lai.
Đặc tính nhẹ của máy phát điện siêu dẫn sẽ mang lại những thay đổi mang tính cách mạng cho công nghệ phát điện gió.
Phân tích ưu điểm và nhược điểm
So sánh với động cơ dẫn điện truyền thống
Động cơ siêu dẫn có những ưu điểm đáng kể so với động cơ truyền thống, nhưng chúng cũng có một số thách thức và hạn chế. Trước hết, những ưu điểm của động cơ siêu dẫn bao gồm:
- Giảm tổn thất điện trở trong nam châm điện rôto.
- Với cùng công suất, kích thước và trọng lượng của máy đều được giảm đi đáng kể.
Tuy nhiên, những ưu điểm này cũng đi kèm một số nhược điểm, chẳng hạn như:
- Chi phí, kích thước và độ phức tạp của hệ thống làm mát.
- Khi vật liệu siêu dẫn mất trạng thái siêu dẫn, động cơ sẽ đột nhiên ngừng hoạt động.
- Tốc độ rotor không ổn định.
- Hệ thống điều khiển điện tử là cần thiết cho hoạt động thực tế, điều này có thể làm tăng chi phí vận hành.
So sánh giữa siêu dẫn nhiệt độ cao và siêu dẫn nhiệt độ thấp
Các chất siêu dẫn nhiệt độ cao (HTS) có thể đạt được tính siêu dẫn ở nhiệt độ dễ kiếm hơn của nitơ lỏng, trong khi việc sử dụng heli lỏng sẽ làm tăng chi phí. Siêu dẫn nhiệt độ cao thường là vật liệu gốm, nhưng chúng giòn hơn và khó thao tác hơn siêu dẫn hợp kim kim loại, chẳng hạn như hợp kim niobi-titan. Ngoài ra, siêu dẫn gốm không thể ghép nối bằng bu lông hoặc hàn, làm tăng chi phí sản xuất. Trong điều kiện biến đổi đột ngột, siêu dẫn gốm dễ bị điều khiển bởi từ trường dao động và mất tính siêu dẫn, đây cũng là một trong những vấn đề cần được giải quyết trong tương lai.
Cách giải quyết thách thức về việc siêu dẫn gốm mất tính siêu dẫn trong quá trình thay đổi đột ngột sẽ là chìa khóa thúc đẩy sự phát triển của công nghệ động cơ siêu dẫn.
Nhìn về tương lai, sự tiến hóa về công nghệ do vật liệu siêu dẫn mang lại chắc chắn sẽ có tác động sâu sắc đến công nghệ động cơ. Tuy nhiên, làm thế nào để vượt qua những thách thức hiện tại và khai thác tối đa tiềm năng của động cơ siêu dẫn đã trở thành vấn đề cấp bách đối với các chuyên gia trong ngành. Khi công nghệ tiến bộ, chúng ta có thể thực sự mong đợi vật liệu siêu dẫn trở nên phổ biến trong các ứng dụng hàng ngày không?
