Фундаментальные проблемы сверхмощных систем передачи энергии (в том числе гибридных) с помощью ВТСП кабелей различного типа

Передача энергии от места ее производства до места ее потребления столь же важная задача, как и собственно производство энергии. Очень часто энергия производится в местах, находящихся далеко от места ее потребления. При этом общая тенденция повышения единичной генерирующей мощности потребует и повышения мощности передачи энергии. Проблема дальней передачи энергии на уровне нескольких гигаватт и более обсуждается много лет.Одним из наиболее эффективных способов передачи электроэнергии является использование сверхпроводящих кабельных линий. Еще в конце 70-х начале 80-х годов прошлого века, в России и США были созданы и испытаны низкотемпературные сверхпроводящие кабельные линии мощностью около 1 ГВт. Однако, необходимость сложного охлаждения дорогостоящим жидким гелием затормозила реальное внедрение таких линий. Открытие высокотемпературной сверхпроводимости дало новый толчок к разработке сверхпроводящих кабельных линий, и такие работы активно ведутся во всем мире и в России. Однако в реализованных проектах ВТСП кабельных линий азотного уровня температур передаваемая мощность пока не превышает сотен МВА. Одной из возможностей повышения плотности передачи энергии, является идея гибридной транспортировки энергии с помощью энергоносителя - жидкого водорода и сверхпроводящего кабеля. Такой метод позволяет, по крайней мере, удвоить плотность передачи мощности в том же коридоре. Эта идея впервые в мире была экспериментально реализована и проверена в России в 2011-2013 г.г. С другой стороны, в Европе прорабатывается возможность создания сверхмощной сверхпроводящей кабельной линии на 320 кВ и 10 кА с использованием кабеля на основе диборида магния с охлаждением газообразным гелием. Во всех этих проектах фундаментальными проблемами являются:- выбор оптимального сверхпроводника, с точки зрения его электрофизических свойств и стоимости; - проблема выбора метода охлаждения сверхпроводящего кабеля и оптимального хладагента;- проблема теплоизоляции криогенной линии, позволяющая максимально увеличить единичную длину линии, между рефрижераторными станциями. Анализу и методам решения вышеперечисленных проблем и будет посвящен предлагаемый проект. В проекте предлагается проанализировать и сравнить достоинства и преимущества сверхпроводящих кабелей на основе разных ВТСП проводников. Обсудить достоинства и преимущества гибридных методов передачи энергии с жидким водородом и ВТСП кабелем или с ВТСП кабелем с охлаждением газообразным гелием. А также проанализировать возможные методы тепловой изоляции криостатов кабеля, в том числе результаты, полученные с помощью активной испарительной системы. Будут проведены эксперименты на макете криогенной линии и получены данные о влиянии разных систем теплоизоляции на возможные длины между рефрижераторными станциями. Будут сделаны выводы о достоинствах и преимуществах того или иного способа передачи энергии, в том числе с учетом различных методов теплоизоляции.В результате планируемых фундаментальных экспериментальных и теоретических исследований по проблемам протяжённых энергетических транспортных линий и проблемам их криостатирования будут созданы пионерские методы расчёта и конструирования таких систем, и созданы предпосылки для создания и внедрения сверхмощных транспортных энергетических магистралей.