وبلاگ blog" name="description" />, Weblog, Daily, Writing, PersianBlog, persianweblog , Blog , Persian , Iran , Iranian, Farsi, Weblogs, Blogs, وبلاگ, يادداشت روزانه, پرشين بلاگ , وبلاگ فارسی , وبلاگ ایرانی , وب نوشت " name="keywords" /> <-BlogTitle->
 

<-blogTitle->

<-BlogDescription->

<-PostTitle->
ساعت <-PostTime-> روز <-PostDate->  کلمات کلیدی: <-TagName->
<-PostContent->
لینک دائم لینک دائم   لینک دائم نظر شما (<-count->)   لینک دائم نویسنده: <-PostAuthor->  
← صفحه بعد صفحه قبل →
 
<-PageContent->

 
 
 
 
donestani.persianblog.irبه این وبلاگ علمی سر بزنید دریافت کد خداحافظی

 

 

 

 

 

 

 

 

مزایا، کاربرد و موارد استفاده از فناوری

 

 

 

 

 

 

فصل دوم- مزایا، کاربرد و موارد استفاده از فناوری

 

 

 

 

 

2-1- مقدمه

مزایایی که با ورود یک تکنولوژی عاید کشور وارد کننده آن می شود از جنبه های مختلفی همانند فنی، اقتصادی، زیست محیطی و ... برخوردار است. مسلماً فناوری ترانس های HTS نیز دارای مزیت هایی است که در قسمت اول به بررسی جنبه های مختلف آن پرداخته می شود. در قسمت دوم به شرح مهمترین کاربردهای فناوری HTS پرداخته می شود. در صورت ورود تکنولوژی ابررسانایی به کشور و کسب دانش فنی HTS، می­توان از کاربردهای متعدد دیگر ابررسانایی به جز ترانس های HTS استفاده کرد.

انواع کاربردهایی که تا کنون در جهان برای این فناوری ذکر شده است شامل موارد زیر است:

- ترانسفورماتورهای HTS

- کاربرد ابررسانا در ذخیره سازهای مغناطیسی

- محدود کننده جریان خطا

- سوئیچ های ابررسانا

- آهنربای مغناطیسی

- کابل HTS

- موتورها و ژنراتورها

-  ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی

در بخش دوم به بررسی کاربردهای فوق پرداخته می شود.

 

2-2- مزایای ترانسفورماتورهای HTS

به طور کلی مزایای ترانسفورماتورهای HTS به لحاظ فنی، اقتصادی و زیست محیطی شامل موارد زیر است:

2-2-1- حجم و وزن کمتر نسبت به ترانس های معمولی

استفاده از سیم های HTS با چگالی توان بالا در ترانسفورماتور، اندازه و وزن را حدوداً 40 تا 60 درصد نسبت به ترانسفورماتورهای معمولی با همان قدرت نامی، کاهش می دهد. این ویژگی تاثیر فراوانی در کاهش هزینه های تولید، حمل و نقل و نصب خواهد داشت و همچنین کمک زیادی به کاهش فضای پست مخصوصاً در مناطق شهری خواهد کرد[6].

2-2-2- طول عمر بیشتر

گرمای ایجاد شده در ترانسفورماتورهای معمولی به علت تلفات در شرایط کاری مختلف، باعث ایجاد تغییرات دمایی زیادی در طول روز می شود، این تغییرات دمایی عامل اصلی شکست عایقی در سیم پیچ های مسی است. این اثر به علت عملکرد دمایی ثابت در سیم پیچ های HTS، وجود ندارد. نبود افزایش و کاهش دما در سیم پیچ ها، تنش های مکانیکی عایق های الکتریکی ترانس را حذف کرده و از خرابی زود هنگام آنها جلوگیری می کند. علاوه بر این ترانسفورماتورهای معمولی قدرت عمدتاً اضافه بار را در مدت زمان محدودی می توانند تحمل کنند و اگر مدت زمان اضافه بار زیاد شود ترانس آسیب می بیند (طبق استاندارد IEEE[1]/ANSI[2] 200 درصد اضافه بار در مدت 30 دقیقه). ولی در ترانس های قدرت HTS، می توان با مدیریت تلفات و مشخصه سیم پیچ مربوطه، اضافه بار را در مدت بیشتری به ترانس وارد کرد[5,6].

2-2-3- راندمان بالاتر

با توجه به کاهش تلفات انرژی در ترانس در اثر کاهش یافتن مقاومت الکتریکی سیم پیچ ها (کاهش تلفات اهمی) و کوچکتر شدن حجم هسته (کاهش تلفات هسته) در ترانس های HTS، راندمان ترانس نسبت به ترانس های معمولی بهبود می یابد. به طور مثال برای یک ترانس معمولی روغنی 100­MVA، سه فاز، 50 Hz و 66 KV/22 KV  بازده 62/99 بوده در حالیکه برای یک ترانسفورماتور HTS با همان مشخصات بازده برابر 91/99 می باشد[6].

2-2-4- محدود کردن جریان خطا

مشخصات مواد به کار رفته در سیم های HTS به گونه ای است که ظرفیت محدود کنندگی جریان خطا را دارد. این ظرفیت را می توان هنگام طراحی ترانس ایجاد کرد. برای مثال در یک شبکه برق که دارای جریان خطای 37 KA است، می توان با استفاده از SFCL[3] آن را به 7.4 KA کاهش داد [1,6].

2-2-5- بی ضرر بودن برای محیط اطراف ترانسفورماتور

نیتروژن مایع به جای روغن در ترانس های HTS ، هم به عنوان عایق و هم به عنوان وسیله خنک کننده به کار می رود. این مایع غیر قابل اشتعال بوده و ضرری برای طبیعت ندارد و با وجود آن خطر انفجار ترانس کاهش می یابد. همچنین در صورت نشت به بیرون باعث آلودگی و سمی شدن محیط نمی شود[6].

2-2-6- مزایای اقتصادی

با توجه به موارد ذکر شده در بندهای بالا مخصوصاً کاهش تلفات، حجم و وزن کمتر و طول عمر بیشتر می توان انتظار داشت که هزینه های مرتبط با این نوع ترانسفورماتورها از قبیل هزینه های سرمایه گذاری اولیه، نگهداری و تعمیرات در بلند مدت نسبت به ترانس های معمولی کمتر است.

از طرفی خاصیت محدود کنندگی جریان در ترانس ها باعث کاهش قدرت قطع جریان اتصال کوتاه کلیدهای فشار قوی شبکه می شود، و با توجه به اینکه این نوع کلیدها تجهیزات بسیار گرانی هستند، به کارگیری این خاصیت در ترانس های HTS مقرون به صرفه خواهد بود.

 

2-2-7- انتقال و انطباق فناوری

همان طور که در مبحث روش های انتقال و انطباق فناوری HTS گفته می­شود، به علت وجود تجربه های قبلی کشور در گرفتن لیسانس برای ساخت ترانس و تبدیل ایران به یک کشور صادر کننده ترانس، این فناوری به لحاظ مهیا بودن بسترهای لازم برای انتقال و انطباق دارای مزایایی است که می تواند ملاکی برای انتخاب این تکنولوژی برای ورود به کشور باشند.  

2-3- کاربردهای فناوری HTS

در این بخش به شرح کاربردهای فناوری HTS در سطوح مختلف سیستم قدرت پرداخته می شود. هر یک از این کاربردها مزیت های زیادی در سیستم قدرت دارند.

2-3-1- کاربرد ابررسانا در ذخیره سازهای مغناطیسی

با افزایش مصرف روزانه برق، اختلاف بین میزان مصرف در شب و روز نیز افزایش می یابد. از آنجا که ظرفیت تولید شبکه باید برابر با مقدار پیک مصرف باشد، نیاز به توسعه بخش های تولید، انتقال و توزیع خواهد بود. لیکن از این توسعه فقط در زمان کوتاهی از شبانه روز (به هنگام پیک بار شبکه که ممکن است کمتر از یک ساعت باشد) استفاده می شود که این خود باعث افزایش قیمت برق می شود. راه حلی که برای این مشکل ارائه شده است، یکنواخت سازی مصرف روزانه نام دارد که در آن به هنگام شب انرژی ذخیره شده و در روز به شبکه تحویل داده می شود. میزان مصرف شبانه روزی در دو حالت با ذخیره سازی انرژی و بدون ذخیره سازی انرژی در شکل (2-1) نشان داده شده است[6].

 

 

 

شکل(2-1): مقایسه میزان مصرف شبانه روزی با و بدون ذخیره سازی انرژی

 

برای بهره گیری از ابررساناها در ذخیره سازی انرژی الکتریکی می توان از چرخ طیار[4] و SMES[5]  استفاده کرد. بدین صورت که با ذخیره کردن انرژی الکتریکی و تزریق این انرژی به شبکه در هنگام وجود نوسانات الکتریکی می توان پایداری سیستم قدرت را حفظ کرد.

مشکل چرخ طیارهای عادی (که در ذخیره سازی انرژی برای کوتاه مدت از آنها استفاده می شود) بالا بودن تلفات چرخشی در اثر یاطاقان ها و سیم پیچ ها است که باعث می شود نتوان از آنها برای ذخیره سازی بلند مدت انرژی استفاده کرد. در چرخ طیارهای جدید برای رسیدن به سرعت های بالا و در نتیجه انرژی ذخیره شده بیشتر، از نوعی پلاستیک تقویت شده استفاده می شود که این خود باعث ساده شدن طراحی می گردد. همچنین برای حذف تلفات چرخشی ناشی از تماس مکانیکی، می توان از یاطاقان های مغناطیسی استفاده کرد. در این حالت نیز در سیم پیچی مسی آهنربا تلفات مقاومتی وجود دارد که طرح را غیر اقتصادی می کند. برای حذف این تلفات نیز از ابررسانا در سیم پیچی قسمت مغناطیسی استفاده می شود.

اگر در یک سیم پیچ ابررسانا به طریقی جریانی به وجود آید، به دلیل عدم وجود مقاومت، این جریان تقریباً تا بی نهایت جریان خواهد داشت و انرژی را به صورت مغناطیسی ذخیره می کند. از طرفی جریان قابل حمل توسط ابررسانا بسیار بیشتر از هادیهای معمول می باشد. از این خواص در SMES ها و برای پایدارسازی سیستم قدرت استفاده می شود. شرکت AMSC به تولید این وسیله از جنس LTS می پردازد. نوع HTS آن نیز در دست مطالعه و ساخت است.

 در سیستم قدرت بین انرژی الکتریکی تولیدی و مصرفی تعادل لحظه‌ای برقرار است و هیچگونه ذخیره انرژی در آن صورت نمی‌گیرد. بنابراین تولید شبکه ناچار به تبعیت از منحنی مصرف است. ابرسانای ذخیره کننده انرژی مغناطیسی (SMES) وسیله‌ای است که برای ذخیره کردن انرژی، بهبود پایداری سیستم قدرت و کم کردن نوسانات قابل استفاده می‌باشد. این انرژی توسط میدان مغناطیسی که توسط جریان مستقیم ایجاد می‌شود ذخیره می‌شود. ابرسانای ذخیره کننده انرژی مغناطیسی هزاران بار قابلیت شارژ و دشارژ دارد بدون اینکه تغییری در خواص مغناطیس آن ایجاد شود. ویژگی ابر رسانایی سیم پیچ نیز موجب می‌شود که راندمان رفت و برگشت فرایند ذخیره انرژی بسیار بالا و در حدود  95% باشد. اولین نظریه‌ها در مورد این سیستم در سال 1969 توسط فریه[6] مطرح شد. وی طرح ساخت سیم‌پیچ مارپیچی بزرگی را که توانایی ذخیره انرژی روزانه برای تمامی فرانسه را داشت ارائه کرد که به خاطر هزینه ساخت بسیار زیاد آن پیگیری نشد. در سال 1971 تحقیقات دانشگاه ویسکانسین امریکا برای درک مباحث بنیادی اثر متقابل بین انرژی ذخیره شده و سیستم‌های چند فاز، به ساخت اولین دستگاه SMES انجامید. شرکت هیتاچی در سال 1986 یک دستگاه SMES به ظرفیت 5 مگاژول را آزمایش کرد. در سال 1998 نیز ذخیره‌ساز 360 مگاژول در ژاپن ساخته شد. علاوه بر ذخیره‌سازی انرژی به منظور تراز منحنی مصرف و افزایش ضریب بار، سیستم‌های مورد اشاره با اهداف دیگری نیز مورد توجه قرار گرفته‌اند. بروز اغتشاش های مختلف در شبکه قدرت از جمله تغییرات ناگهانی بار، قطع و وصل خطوط انتقال و ... به عدم تعادل سیستم می‌انجامد. در این شرایط انرژی جنبشی محور ژنراتورهای سنکرون مجبور به تأمین افزایش انرژی ناشی از اختلال است و درصورت حفظ پایداری دینامیکی، حلقه‌های کنترل سیستم فعال شده و تعادل را برقرار می‌سازند. این روند، نوسان کمیت های مختلف مانند فرکانس، توان الکتریکی روی خطوط و ... را موجب می‌شود که مشکلات مختلفی را در بهره برداری از سیستم قدرت به دنبال دارد. اما اگر در سیستم مقداری انرژی ذخیره شده باشد، با مبادله سریع آن با شبکه در مواقع مورد نیاز می‌توان مشکلات فوق را کاهش داد. با توجه به اینکه در این سیستم انرژی از صورت الکتریکی به صورت مغناطیسی و یا بر عکس تبدیل می‌شود، ذخیره‌سازی با استفاده از ابررسانا دارای پاسخ دینامیکی سریع بوده و بنابراین می‌تواند در جهت بهبود عملکرد دینامیکی سیستم قدرت نیز به کار رود. معمولاً واحدهای ابررسانای ذخیره انرژی در دو مقیاس ظرفیت بالا و ظرفیت پایین ساخته می شوند. از نوع ظرفیت بالا (حدود 1800 مگاژول) برای تراز منحنی مصرف، و از ظرفیت پایین (چندین مگا ژول) به منظور افزایش میرایی نوسانات و بهبود پایداری سیستم استفاده می شود. سیم پیچ ابررسانا از طریق مبدل های الکترونیک قدرت به سیستم قدرت متصل و شارژ می‌شود و با کنترل زاویه آتش تریسیتورها ولتاژ DC دو سر سیم پیچ ابررسانا به طور پیوسته در بازه وسیعی از مقادیر ولتاژهای مثبت و منفی قابل کنترل است. ورودی ذخیره‌ساز انرژی می‌تواند تغییرات ولتاژ شبکه، تغییر فرکانس شبکه، تغییر سرعت ماشین سنکرون و ... باشد و خروجی نیز توان دریافتی خواهد بود. مهم ترین قابلیت SMES جداسازی و استقلال تولید از مصرف است که این امر مزایای متعددی از قبیل بهره برداری اقتصادی، بهبود عملکرد دینامیکی و کاهش آلودگی را به دنبال دارد. کابرد ابررسانا در ولتاژهای AC دارای تلفات است، اما این تلفات می‌تواند با طراحی مناسب کاهش پیدا کند. برای هر دو حالت کاری AC و DC انرژی زیادی قابل ذخیره‌سازی است، بهترین دمای عملکرد برای دستگاههای مورد اشاره نیز 50 تا 77 کلوین است.

2-3-2- محدود کننده جریان خطا

محدودسازهای ابررسانائی جریان خطا یا SFCL نیز رده تازه‌ای از وسایل حفاظتی سیستم قدرت را ارائه می‌کنند که قادرند شبکه را از اضافه جریانهای خطرناکی که باعث قطعی پر هزینه برق و وارد شدن خسارت به قطعات حساس سیستم می‌شوند حفاظت نمایند[3]. اتصال کوتاه یکی از خطاهای مهم در سیستم قدرت است که در زمان وقوع، جریان خطا تا بیشتر از 10 برابر جریان نامی افزایش می‌یابد و با رشد و گسترش شبکه‌های برق، به قدرت اتصال کوتاه شبکه نیز افزوده می‌شود. تولید جریان های خطای بزرگتر، مشکلاتی از قبیل ازدیاد گرمای حاصله ناشی از عبور جریان القائی زیاد در ژنراتورها، ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات و همچنین کاهش قابلیت اطمینان شبکه را در پی دارد. لذا عبور چنین جریانی از شبکه احتیاج به تجهیزاتی دارد که توانایی تحمل این جریان را داشته باشند و جهت قطع این جریان به کلیدهایی با قدرت قطع بالا نیاز است که هزینه‌های سنگینی به سیستم تحمیل می‌کند.

اگر به روشی بتوان پس از آشکارسازی خطا، جریان را محدود نمود، از نظر فنی و اقتصادی صرفه‌جویی قابل توجهی صورت می‌گیرد. تا کنون انواع مختلفی از محدود کننده‌های خطا برای شبکه‌های توزیع و انتقال معرفی شده‌اند که ساده‌ترین آنها فیوزهای معمولی است که البته پس از هر بار وقوع اتصال کوتاه باید تعویض شوند. از آنجاییکه جریان اتصال کوتاه در لحظات اولیه به خصوص در پریود اول موج جریان، دارای بیشترین دامنه است و بیشترین اثرات مخرب از همین سیکل‌های اولیه ناشی می‌شود، باید محدودسازهای جریان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرار گیرند. محدودکننده‌های جریان اتصال کوتاه طراحی شده در دهه‌های اخیر، به طور سری با سایر تجهیزات شبکه در مدار قرار گرفته و وظیفه محدود کردن جریان اتصال کوتاه مدار را قبل از رسیدن به مقدار حداکثر خود دارند به طوری که توسط کلیدهای قدرت موجود قابل قطع باشند. این تجهیزات، در حالت عادی مقاومت کمی در برابر عبور جریان از خود نشان می‌دهند ولی پس از وقوع اتصال کوتاه و در لحظات اولیه شروع جریان، مقاومت آنها یکباره بزرگ شده و از بالا رفتن جریان اتصال کوتاه جلوگیری می‌کنند. این تجهیزات پس از هر بار عملکرد باید قابل بازیابی بوده و در حالت ماندگار سیستم، باعث ایجاد اضافه ولتاژ و یا تزریق هارمونیک به سیستم نگردند.

محدودسازهای اولیه با استفاده از کلیدهای مکانیکی، در زمان خطا امپدانسی را در مسیر جریان قرار می‌دادند. با ورود ادوات الکترونیک قدرت کلیدهای تریستوری برای این موضوع مورد استفاده قرار گرفته و مدارهای متعددی از جمله مدارهای امپدانس تشدید و ابررسانا، ارائه گردید.

اگر جریان در مواد ابررسانا از جریان بحرانی بیشتر شود، این مواد خاصیت عایقی از خود نشان می­دهند. از این خاصیت می توان برای حفاظت از سیستم قدرت در برابر اضافه جریان استفاده کرد. SFCL در حالت عادی دارای امپدانس کم و در حالت خطا دارای امپدانس بالا می باشد که این خاصیت منجر به کاهش جریان خطا می شود.

استفاده از این وسیله به خاطر هزینه بالای مورد نیاز برای تبرید مواد LTS، محدود شده بود ولی با کشف مواد HTS، به کارگیری آن در سیستم قدرت دوباره مورد توجه قرار گرفت.

مزایای استفاده از SFCL در سیستم قدرت به شرح زیر است:

- استفاده از ترانسفورماتورهای بزرگتر بدون نیاز به افزایش ظرفیت کلیدهای قدرت

- استفاده از ترانسفورماتورهای بزرگتر با امپدانس کمتر و در نتیجه بهبود تنظیم ولتاژ

- کاهش I2t در ترانس و افزایش طول عمر آن (I جریان خطا و t زمان ماندگاری خطا است)

- کاهش افت ولتاژ در هنگام بروز خطا

2-3-3- سوئیچ های ابررسانا

با تغییر در شدت میدان مغناطیسی، امکان تغییر در وضعیت جسم ابررسانا از ابررسانایی به مقاومتی و برعکس امکانپذیر است[5]. بنابراین از مواد ابررسانا جهت انجام سوئیچینگ یا کلیدزنی نیز می‌توان بهره گرفت. تحقیقات اولیه در این زمینه از اواخر دهه 1950 میلادی آغاز شد و کوشش هایی برای استفاده از سوئیچهای ابررسانا در مدارها و حافظه کامپیوترهای بزرگ صورت گرفت. در سال 1956 مداری با نام کرایوترون شامل یک سیم‌پیچ نیوبیوم با دمای بحرانی 3/9 درجه کلوین و هسته‌ای از سیم تانتالوم با دمای بحرانی 4/4 درجه کلوین معرفی شد که با توجه دمای 2/4 درجه کلوین هلیوم مایع، امکان تغییر وضعیت سیم تانتالوم در اثر ایجاد جریان الکتریکی و در نتیجه وجود میدان مغناطیسی در سیم‌پیچ نیوبیوم وجود داشت. با توسعه دانش نیمه‌هادی، توجه به سوئیچ های ابررسانا کاهش یافت اما با این حال حتی با وجود پیشرفتهای صنعت نیمه هادی حجم و تلفات کمتر، و سرعت بالاتر تراشه‌های ابررسانا نسبت به تراشه‌های نیمه‌هادی، استفاده از سلولهای کرایوترونی و جایگزینی ابررسانا به جای مدارهای مسی را برای ساخت ابرکامپیوترهای بسیار سریع و کم تلفات، توجیه پذیر می‌سازد.

2-3-4- آهنربای مغناطیسی

ابررساناها قادر به تولید میدان مغناطیسی بزرگتری نسبت به رساناهای معمولی (مثل مس) هستند و در این میان HTS از این لحاظ نسبت به LTS برتری دارد. همچنین درHTS هزینه تبرید کمتر بوده و محدوده ی دمای کاری آن نسبت به LTS بیشتر می باشد.

در ساده­ترین حالت، آهنربای ابررسانا دارای یک منبع تغذیه، یک دستگاه برای تبرید و سیم­پیچ ابررسانا است. از این آهنربای قوی به طور وسیعی در صنعت، آموزش و تحقیقات استفاده می شود. برای مثال در اکتشاف معادن از آهنربای ابررسانا برای جدا کردن سنگ­های دارای فلز استفاده می­شود. نمونه های دیگر، شامل شتاب دهنده های ذرات هسته ای، کاشت یونی (برای اضافه کردن ناخالصی به نیمه هادی­ها)، شتاب دهنده های خطی (که در پزشکی برای از بین بردن تومور استفاده می شود)، MRI[7] و NMR[8] (که در آنها میدان مغناطیسی شیئی مورد نظر را تحریک کرده و سپس توسط یک آشکار ساز پاسخ آن به میدان مغناطیسی تحلیل می شود) می­باشند. شرکت های مختلفی از جمله Siemens، Philips و Oxford Instrument به تولید و پخش این نوع سیستم­ها می پردازند.

2-3-5- کابل HTS

کشف متحول کننده ابررساناهای دما بالا در سال 1986 منجر به تحول و تولید نوع جدیدی از کابل ها در سیستمهای قدرت شد. در ایالات متحده، اروپا و ژاپن رقابت سختی برای تجارت کابل های ابررسانا در آینده وجود دارد. قابلیت هدایت جریان برق در کابل های HTS بالغ بر 100 بار بیشتر از هادی های آلومینیومی و مسی متداول می‌باشد. اندازه، وزن و مقاومت این نوع کابلها از کابلهای معمولی بهتر بوده و امروزه تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی در سراسر دنیا سعی دارند با استفاده از تکنولوژی HTS باعث کاهش هزینه‌ها و افزایش ظرفیت و قابلیت اطمینان سیستم های قدرت شوند. شکل (2-2) نمونه ای از کابل HTS را نشان می دهد[4].

 

شکل(2-2): نمونه ای از کابل HTS

 

کابل های HTS نه تنها دارای ظرفیت انتقال بیشتری نسبت به کابل های معمول هستند، بلکه در صورت نشت نیتروژن از آنها خطری به وجود نمی آید، در حالیکه در کابل های ولتاژ بالا که در آنها از روغن استفاده می شود، نشت روغن باعث آلودگی خاک یا آب می گردد. کابل HTS شامل تعدادی نوار هادی، که برای کاهش تلفات AC آنها را به هم می پیچانند، و یک لوله یا مجرا برای عبور گاز خنک کننده است. به کارگیری این کابل ها در محل هایی که با کمبود فضا مواجه هستند، مورد توجه بیشتری قرار می گیرد، چرا که با وجود کانال های زیرزمینی کابل های معمول و جایگزینی آنها با کابل های HTS می توان توان بیشتری را منتقل کرد. در حال حاضر بعضی از شرکت های برق از این کابلها استفاده می کنند.

برای دسترسی به بازار چنین تجهیزاتی، شرکت های ایرانی باید با شرکت های بین المللی فعال در طراحی، تولید و توزیع تجهیزات شبکه های قدرت و به خصوص شرکت های برقی که در حال گسترش شبکه های خود می باشند، ارتباط برقرار کنند.

2-3-6- موتورها و ژنراتورها

در اثر کاهش مقاومت، استفاده از ابررسانا در ژنراتورها و موتورها باعث بهبود راندمان می شود. همچنین این کاهش مقاومت باعث می شود تا ماشین های الکتریکی که در آنها از ابررسانا استفاده شده است، نسبت به انواع مسی و به ازای گشتاور یکسان قابلیت کار در سرعت کمتری را داشته باشند. چرا که به ازای توان ورودی یکسان، با حذف تلفات توان در مقاومت سیم پیچ مسی، این توان اتلافی به توان مفید در خروجی تبدیل می شود. به طور مثال در امریکا 60 درصد توان مصرفی توسط موتورهای الکتریکی مصرف می شود که از این مقدار 70 درصد آن مربوط به موتورهای با توان بیش از 350 KW است. در ایران نیز حدود 40 درصد بار الکتریکی مصرفی را انواع موتورهای الکتریکی کوچک و بزرگ تشکیل می دهند. صرفه جویی هر اندازه کوچک در مصرف انرژی این تجهیزات بسیار با ارزش می باشد.

به دلیل بالا بودن ظرفیت عبور جریان در سیم های HTS و در نتیجه تولید میدان مغناطیسی قوی­تر به ازای سیم پیچ کمتر، حجم و وزن تجهیزاتی که با به کارگیری آنها ساخته می شوند، خیلی کمتر از انواع مسی خود خواهند بود. بنابراین در مواردی که وزن، اندازه، توان و سرعت پایین از فاکتورهای تعیین کننده هستند، HTS نسبت به مس برتری دارد. به کارگیری این نوع موتورها و ژنراتورها برای استفاده وسیع در صنعت، هنوز در ابتدای راه قرار دارد. همانطور که اشاره شد تنش موجود در قسمت های گردان و به کارگیری آنها در دمای بسیار پایین، طراحی و ساخت این سیستم ها را مشکل می کند[2].

در یک ماشین الکتریکی معمولاً در روتور از HTS و در استاتور از مس استفاده می شود. البته در بعضی از طراحی ها عکس این حالت استفاده می شود یا اینکه در هر دو قسمت از HTS استفاده می گردد. از شرکتهای فعال در این زمینه، می توان Siemens، AMSC، General Electric و Westinghouse را نام برد.

2-3-7- ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی

اصول کلی ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی که از سال 1959 پژوهش هایی برای تولید برق به وسیله آنها شروع شده و هنوز ادامه دارد،  بر این اساس است که جریان گاز پلاسما (بسیار داغ) یا فلز مذاب از میان میدان مغناطیسی قوی عبور داده می‌شود. با عبور گاز داغ یا فلز مذاب، در اثر میدان مغناطیسی بسیار قوی موجود، یونهای مثبت و منفی به سمت الکترودهایی که در بالا و پایین جریان گاز پلاسما یا فاز مذاب قرار دارند، جذب می‌شوند و مانند یک ژنراتور جریان مستقیم الکتریسیته تولید می کنند. جریان خروجی این ژنراتور جریان مستقیم را می توان به وسیله اینورترهای الکترونیک قدرت، به برق جریان متناوب تبدیل و به شبکه متصل کرد. با توجه به هزینه بالای تولید الکتریسیته در این ژنراتورها، استفاده از آنها تنها به منظور یکنواختی منحنی مصرف در زمانهای پرباری شبکه مفید است. سیم‌پیچ های بزرگ ابررسانا که از مواد ابررسانای متعارف مانند آلیاژ نیوبیوم تیتانیوم ساخته شده‌اند برای تولید میدانهای مغناطیسی بسیار قوی مناسب و قابل استفاده است. به طور مثال اگر فاصله دو الکترود 1/0 متر، سرعت یونها 400 متر بر ثانیه و میدان مغناطیسی سیم پیچهای HTS 5 تسلا باشد، ولتاژ خروجی 200 ولت خواهد بود و در طول کانال 6 متری و با قطر یک متر، 40 مگاوات انرژی قابل تولید است. مزیت اصلی ژنرتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی وزن نسبتاً کم آنها در مقایسه با ژنراتورهای متعارف است که استقبال از کاربرد آنها را در صنایع هوایی و دریایی موجب شده است.

2-3-8- ترانسفورماتورهای HTS

استفاده از مواد ابررسانا در سیم بندی ترانسفورماتورها باعث کاهش در تلفات، وزن و ابعاد ترانسفورماتور نسبت به انواع متداول ترانسفورماتورهای روغنی شده و به علاوه تأثیر قابل توجهی نیز در افزایش بازده، کاهش افت ولتاژ و افزایش ظرفیت اضافه بار ترانسفورماتور دارد. استفاده از ترانسفورماتورهای ابررسانا با توجه به حجم کم و عدم استفاده از روغن برای خنک‌سازی، نقش قابل ملاحظه‌ای در بهبود فضای شهری و کاهش هزینه‌های زیست محیطی خواهد داشت[5]. در مورد ترانس های HTS به طور مفصلتر در بخش های مربوطه بحث می­شود.

2-3-9- کاربرد ابررسانا در فیلترهای رادیویی

از دیگر موارد استفاده از ابررساناها، کاربرد آنها در فیلترهای رادیویی می­باشد. این فیلترها در آنتن­های فرستنده وگیرنده­ی موبایل و یا رادارها به کار می­رود.

مراجع

[1]   William Parks, et al, “Superconductivity for Electric Systems”, Office of Electric Transmission and Distribution, Department Of Energy, January 2005.

[2]   Bruce Gamble, “Superconductor Motors for High-Speed Ship Propulsion”, American SuperconductorWestborough,Massachusetts, September 2005

[3]   Swarn S. Kalsi, et al, “HTS Fault Current Limiter Concept”, IEEE PES, June 2004.

[4]   John Howe, et al, “Very Low Impedance (VLI) Superconductor Cables: Concepts, Operational Implications And Financial Benefits”, November 2003.

[5]   William Parks, et al, “Superconductivity Program For Electric Systems”, Office of Electric Transmission and Distribution, Department Of Energy, May 2004.

[6]   http://itri.loyola.edu



[1]- Institute of Electrical and Electronics Engineers

[2]- American National Standard Institute

[3]-Superconductive Fault-current limiters

[4]- Flywheel

2- Superconducting Magnetic Energy Storage

[6]-Ferrier

1- Magnetic Resonance Imager

2- Nuclear Magnetic Resonance




:: برچسب‌ها: مزایا، کاربرد و موارد استفاده از فناوری
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢٧
نظرات ()
 
جهت اطلاع از تنظیمات و ویــــرایش این قالب اینجا را کلیک کنید.

.:: کلیک کنید ::.