كاربردهاي توان و قدرت ( موتور و ژنراتور ابررسانا)

صنعت توليد موتور و ژنراتور ابر رسانا از سال 1999 شروع شده است



استفاده از ژنراتورهاي ابررسانايي موجب بهبود پايداري شبكه به ميزان 30% بيشتر از انواع سنتي آن ميشود ميزان اتلاف در اين ژنراتورها 50% كمتر و بازده 1 تا 2 درصد بيشتر از نوع سنتي است .حجم ژنراتورهاي ابررسانايي حدود 30% و وزن آنها حدود 50% كمتر از انواع سنتي ميباشد .
استفاده از ژنراتورهاي ابر رسانايي موجب بهبود پايداري شبكه به ميزان 30% بيشتر از انواع سنتي آن ميشود ميزان اتلاف در اين ژنراتورها 50% كمتر و بازده 1 تا 2 در صد بيشتر از نوع سنتي است.
حجم ژنراتورهاي ابر رسانايي حدود 30% و وزن آنها حدود 50% كمتر از انواع سنتي ميباشد.

كاربردهاي توان و قدرت ( ترانسفورماتور ابررسانا)

مقايسه ترانس هاي سنتي (روغني ) و ترانسهاي ابر رسانايي

– چگالي جريان ترانسهاي ابر رسانايي حدود 10 برابر نوع سنتي است .
– وزن هسته ترانسهاي ابر رسانايي حدود 15% ترانس سنتي است .
– اتلاف Ac در ترانس ابر رسانايي حدود 1/0 ترانس سنتي است .
– جرم و حجم ترانسهاي كمتر از نوع سنتي آن است كه در صد آن بستگي به طول نوار ابر رساناي بكار رفته در سيم پيچها و فاكتور شكل سيم پيچها دارند كه معمولا بين 30 تا 40 درصد است .
– بازده ترانسهاي سنتي غالبا كمتر از 94% است در حاليكه بازده ترانسهاي ابررسانايي حدود 99% است .
– در ترانسهاي ابر رسانايي از روغن استفاده نمي شود بنابراين خطر زيست محيطي و آتش سوزي كه به دليل استفاده از روغن در ترانسهاي سنتي وجود دارد در آنها وجود ندارد .
در سال 2004 اولين ترانس ابر رساناي 10 كيلو ولت آمپر در اتريش ساخته شد


ترانس 1 مگا ولت آمپر غوطه ور در نيتروژن مايع

كاربردهاي توان و قدرت( سيم و كابل ابررسانا)

قابليت هدايت جريان برق در كابلهاي High Temperature Superconductor HTS


بالغ بر 100 بار بيشتر از هاديهاي آلومينيومي و مسي متداول مي‌باشد. اندازه، وزن و مقاومت اين نوع كابلها از كابلهاي معمولي بهتر بوده و امروزه توليدكنندگان تجهيزات الكتريكي در سراسردنيا سعي دارند با استفاده از تكنولوژي HTS باعث كاهش هزينه‌ها و افزايش ظرفيت و قابليت اطمينان سيستمهاي قدرت شوند. كابل هاي ابر رسانا قابليت انتقال توان در جريان هاي متناوب AC (Alternative Current) به ميزان3 تا9 برابر كابل هاي مسي را دارا مي باشند وبصورت زير زميني كارمي شوند. بين آمريكا، اروپا و ژاپن رقابت سختي روي توليد كابلهاي نسل جديد ابررسانا وجود دارد.يكي از مشخصات كابلهاي HTS اين است كه اين كابلها حتما بايد در دماي پايين كار كنند. در نتيجه كابلهاي HTS به گونه اي طراحي شده اند كه يك سيستم ويژه خنك كننده دائما از آن پشتيباني كند.در كابلهاي HTSنيتروژن مايع بين لايه هاي كابل جريان دارد تا آنها را به زير دماي منفي 200 درجه سانتيگراد برساند و به علاوه به عنوان يك عايق بين لايه مركزي و لايه هاي بيروني تر كابل عمل كند.يك كابل HTS از چند سيم هم محور ابررسانا تشكيل شده است و عايق ايزولاسيون الكتريكي مغزي كابل را به همراه ماده خنك كننده انجام مي دهد. اين روش به طراحي “عايق سرد هم محور” معروف است. اين كابل توسط نكسان ،يكي از بزرگترين توليد كنندگان كابل در جهان، طراحي و ساخته شده است.
شركتهاي توزيع برق آمريكا استفاده از كابلهاي HTS را آغازكرده اند. در طي دو سال گذشته3 كابل HTS در آمريكا برقدار شده اند. امروزه كابلهاي سوت واير تا 3000 آمپر را تحت ولتاژ 2/13 كيلوولت در كلمبوس اوهايو انتقال مي دهد. در سال 2006 شبكه برق سراسري در آلباني نيويورك يك شبكه توزيع HTS را برقداركرد. دو كابل HTS نيز در كره و چين نصب شده اند.
در آوريل 2008، شركت برق ليپا اولين شبكه انتقال HTS تجاري جهان را نصب و برقداركرد. كابل 138 كيلوولت طراحي شده توسط شركت نكسان به طول نيم مايل توسط ليپا نصب شد و قويترين شبكه HTS جهان را بوجود آورد.


اين عكس نصب اولين مرحله كابل HTS را در لانگ ايسلند نشان مي دهد.

شبكه نصب شده توسط ليپا با 574 مگاوات توان قادر است تا مصرف برق 300 هزار مصرف كننده خانگي و تجاري را در ناسائو و سوفولك كانتي نيويورك تأمين كند. اين خط 138 كيلوولتي داراي 3 كابل جداگانه HTS مي باشد كه به صورت موازي با هم كار مي كنند و در آوريل 2008 رسما به شبكه پيوسته اند.


اولين شبكه قدرت HTS جهان در لانگ ايسلند نصب شده است. اين سيستم از 3 كابل مجزا تشكيل شده است كه در كانالي به عمق 2/1 متر جاي گرفته اند.

كاربردهاي توان و قدرت( محدود ساز جريان SFCL )

محدود سازهاي ابر رسانايي جريان خطا قادرند شبكه هاي برق را از اضافه جريان هاي خطرناكي كه باعث قطعي پر هزينه برق و خسارت به قطعات حساس سيستم مي شوند حفاظت نمايند. اتصال كوتاه يكي از خطاهاي مهم در سيستم قدرت است كه در زمان وقوع، جريان خطا تا بيشتر از 10 برابر جريان نامي افزايش مي يابد. توليد جريان هاي خطا ، ازدياد گرماي حاصله ناشي از عبور جريان القايي زياد در ژنراتورها، ترانسفورماتورها و ساير تجهيزات و همچنين كاهش قابليت اطمينان شبكه را در پي دارد. اما اگر به روشي بتوان پس از آشكار سازي خطا، جريان را محدود نمود، از نظر فني و اقتصادي صرفه جويي قابل توجهي صورت مي گيرد. شركت سوپر پاور امريكا در سال 2008 اعلام كرده است كه سيم هاي نسل دوم از نظر الكتريكي ، حرارتي و مكانيكي قابليت استفاده در محدود سازهاي جريان خطا را دارند و 500 هزار دلار نيز براي توسعه محدود سازها در سال 2008 دريافت كرده است. در امريكا شركت هاي جنرال اتميكز، ساوسرن كاليفرنيا اديسون، آي جي سي سوپر پاور و آزمايشگاه ملي لس آلاموس در زمينه محدود ساز ابر رسانايي فعال هستند. محدود سازهاي ابر رسانايي از جمله موارد مهم در گزارش سپتامر 2007 اداره تامين برق و امنيت انرژي ، براي پلان استراتژي آمريكا بوده است.
ساخت FCL ُُS 4/2 كيلو ولتي در آمريكا در سال 2003


محدود ساز يك مگا ولت آمپر(تبخير نيتروژن مايع از سطح باز حين محدود سازي)

در سال 1385 در پژوهشگاه نيرو (گروه مواد غير فلزي) پروژه طراحي و ساخت محدود كننده جريان خطا ي ابر رسانا تعريف گرديد. فاز اول اين پروژه ساخت سيم ابر رسانا به طول يك متر بود كه اين امر با كمك دكتر هادي سلامتي از دانشگاه صنعتي اصفهان انجام گرفت. اين پروژه در حال حاضر با گذشت 3 سال و صرف هزينه 300 ميليون تومان پيشرفتي حدود 70 درصد داشته است.

كاربردهاي توان و قدرت( ذخيره كننده انرژي SMES )

اين ادوات ذخيره كننده انرژي هستند. يك SMES زير زميني حلقه اي به قطر 2 كيلومتر برق راچستر (نيويورك) را براي 5 ساعت تامين مي كند.در شبكه برق آينده SMES هاي كوچك سر راه مصرف كننده صنعتي مانند كارخانجات، پرس سنگين، لانچر قرار ميگيرد تا معضل مصرف نامنظم توان را حل كند.اين ادوات با قدرت ذخيره بالا نسبت به نمونه هاي خازني در ساعات پيك جريان جوابگوي شبكه خواهند بود.اولين نظريه ها در مورد اين سيستم در سال 1969 توسط فرير (Ferrier) مطرح شد. وي طرح ساخت سيم پيچ مارپيچي بزرگي را ارائه كرد كه توانايي ذخيره انرژي روزانه را براي تمامي فرانسه داشت اما بخاطر هزينه ساخت بسيار زياد آ ن پيگيري نشد. در سال 1971 تحقيقات در امريكا در دانشگاه ويسكانسين به ساخت اولين دستگاه SMES انجاميد. شركت هيتاچي در سال 1986 يك دستگاه SMES به ظرفيت 5 مگا ژول را آزمايش كرد. در سال 1989 شركت هاي چوبو و هيتاچي ذخيره ساز مغناطيسي انرژي ساختند. در سال 1995 ذخيره ساز مغناطيسي انرژي بوسيله زيمنس ساخته شد. در سال 1998 نيز يك ذخيره ساز 360 مگاژولي توسط شركت ايستك در ژاپن ساخته شد. از سال 2004 يك برنامه 10 ساله براي ساخت ذخيره ساز مغناطيسي با ابر رسانا ي دمابالا در كره جنوبي آغاز شده است.


نمونهSMES غوطه ور در نيتروژن مايع

كاربردهاي حمل و نقل( قطارهاي مگ لو MagLev )

بر اثر پديده ماينسر ، ابر رسانا ميدان مغناطيسي را عبور نمي دهد و يك عنصر مغناطيسي مي تواند روي ابر رسانا معلق بماند. از اين خاصيت در ساخت قطارهاي شناور مغناطيسي موسوم مگ لو استفاده شده است. كويل ابر رسانا در داخل قطار قرار مي گيرد و ريل هاي دو طرف قطار به تناوب مغناطيسي و داراي قطب هاي مخالف مي گردند.قطار با توجه به خاصيت شناوري ، بدون هرگونه اصطكاك و بر خورد با ريل، در اثر تقابل قطب هاي آهنربايي با سرعت زيادي به حركت در مي آيد. اولين قطار مغناطيسي در سوم آوريل 1997 در ژاپن با سرعت 510 كيلومتر در ساعت به بهره برداري رسيد. و در سال 2000 قطار ديگري با سرعت 581 كيلومتر در ساعت ساخته شد. قطار مغناطيسي شانگهاي (از سال 2004) مسافت 30 كيلومتري تا فرودگاه را با سرعت 500 كيلومتر در ساعت طي مي كند و هدف سازندگان آلماني آن رسيدن به سرعت 900 كيلومتر بر ساعت است. قطار توكيو – اوساكا و واشنگتن – نيويورك در دست ساختند.



قطار مغناطيسي شانگهاي

كاربردهاي الكترونيك( سنسورهاي مغناطيسي اسكوئيد)

اين سنسور ها ميدان مغناطيسي بسيار كوچك (10 ميليارد مرتبه ضعيفتر از ميدان زمين) را آشكار مي كنند.
اين سنسورها در NDE كاربردهاي وسيعي دارند مانند

  • تشخيص ترك بسيار ريز لوله هاي نفت وگاز
  • تشخيص ترك در پلها
  • تشخيص ترك چرخ و بدنه هواپيما
  • شركت لوفتانزا براي اورهال هواپيماهاي خود، براي تشخيص ترك هاي ريز چرخ و بدنه از اسكوئيد استفاده مي نمايد.اكتشاف لايه هاي نفت به كمك اسكوئيد از سال 2001 شروع شد.
    شركت BHP-Billitonاستراليا (از بزرگترين شركتهاي معدن دنيا) براي تشخيص معادن از اسكوئيد استفاده مي كند


    ژئوفيزيك، تشخيص معادن پزشكي، كارديوگراف