چه پیامدهایی ممکن است از جهت گیری گسترده از رساناهای فوق هدایتکننده با دمای بالا در سیستم‌های انتقال برق پیش آید
استفاده از رساناهای فوق العاده هدایتگر دمای بالا (HTS) در سیستم‌های انتقال برق می‌تواند روش انتقال و توزیع برق را به طور کامل تغییر دهد. مواد HTS در دماهای بالاتر نسبت به رساناهای فوق العاده هدایتگر دمای پایین (LTS) معمولی، خاصیت فوق العاده هدایتگری پیدا می‌کنند، که باعث کاهش هزینه‌های خنک‌سازی در کاربردهای واقعی می‌شود. در ادامه، پیامدهای احتمالی گسترده شدن استفاده از HTS در سیستم‌های انتقال برق و تأثیر آن بر طراحی و کارایی ترانسفورماتورها آورده شده است:
پیامدهای احتمالی برای سیستم‌های انتقال برق
کاهش زیان‌های انرژی
رساناهای فوق العاده هدایتگر مقاومت الکتریکی صفر دارند، که به این معناست که جریان‌های الکتریکی می‌توانند بدون هیچ گونه زیان از آنها عبور کنند. این موضوع منجر به کاهش قابل توجه زیان‌های انرژی ناشی از گرمای جول در رساناهای معمولی می‌شود و انتقال برق به صورت کاراتر انجام می‌شود.
افزایش ظرفیت
کابل‌های HTS می‌توانند چگالی جریان بسیار بیشتری نسبت به کابل‌های معمولی حمل کنند، که این امر منجر به افزایش ظرفیت انتقال برق در فضای فیزیکی یکسان می‌شود. این موضوع می‌تواند منجر به خطوط انتقال کوچک‌تر و سبک‌تر شود و باعث کاهش پایداری محیطی و هزینه‌های مواد می‌شود.
بهبود قابلیت اطمینان و مقاومت
کابل‌های فوق العاده هدایتگر نسبت به کابل‌های معمولی کمتر معرض گرم شدن و خرابی‌های مکانیکی هستند. این موضوع می‌تواند منجر به افزایش قابلیت اطمینان و کاهش هزینه‌های نگهداری شبکه‌های انتقال برق شود.
مدیریت بهتر شبکه
فناوری HTS می‌تواند توسعه سیستم‌های پیشرفته مدیریت شبکه را ممکن سازد، مانند محدودکننده‌های جریان خطا (FCLs) و فیلترهای برق با فرکانس بالا، که می‌توانند به پایداری شبکه و مدیریت بهتر جریان‌های برق کمک کنند.
افزایش انعطاف‌پذیری
کابل‌های HTS می‌توانند برای ایجاد ترتیبات شبکه جدید، مانند زیرстанسیون‌های شهری فشرده و خطوط انتقال زیرزمینی، استفاده شوند و این امر به انعطاف‌پذیری بیشتر در طراحی و گسترش شبکه کمک می‌کند.
تأثیر بر طراحی و کارایی ترانسفورماتورها
تغییرات طراحی
درون‌ریزی فناوری HTS در ترانسفورماتورها می‌تواند نیازمند تغییرات قابل توجه در طراحی باشد. به عنوان مثال، سیستم‌های خنک‌سازی باید برای مدیریت دماهای کریوژنیک لازم برای فوق العاده هدایتگری تنظیم شوند. این می‌تواند شامل استفاده از سیستم‌های خنک‌سازی نیتروژن یا هلیوم باشد.
بهبود کارایی
ترانسفورماتورهای فوق العاده هدایتگر می‌توانند زیان‌های مقاومتی در سیم‌پیچ‌ها را حذف کنند و به کارایی تقریباً کامل منجر شوند. این امر به معنای تولید گرما کمتر و کاهش نیازهای خنک‌سازی نسبت به ترانسفورماتورهای معمولی است.
کاهش اندازه و وزن
به دلیل ظرفیت حمل جریان بالاتر مواد HTS، ترانسفورماتورهای فوق العاده هدایتگر می‌توانند بسیار کوچک‌تر و سبک‌تر از همتایان معمولی خود باشند، که این امر نصب را تسهیل می‌کند و مساحت فیزیکی زیرستانسیون‌ها را کاهش می‌دهد.
بهبود عملکرد
ترانسفورماتورهای فوق العاده هدایتگر می‌توانند مشخصات عملکردی بهتری، مانند زمان‌های پاسخ سریع‌تر و پایداری بهتر در شرایط بار متغیر، ارائه دهند. این امر می‌تواند قابلیت اطمینان و استحکام کلی شبکه برق را افزایش دهد.
اعتبارات هزینه
در حالی که فناوری HTS مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد، هزینه اولیه تولید و نگهداری ترانسفورماتورهای فوق العاده هدایتگر در حال حاضر بالاتر از ترانسفورماتورهای معمولی است. با این حال، صرفه‌جویی‌های عملیاتی بلندمدت و کارایی افزایش یافته می‌توانند این هزینه‌های اولیه را در طول زمان جبران کنند.
چالش‌ها و ملاحظات
با وجود مزایای بالقوه، گسترش گسترده فناوری HTS در سیستم‌های انتقال برق چالش‌های مختلفی دارد:
نیازهای خنک‌سازی: حفظ خاصیت فوق العاده هدایتگری نیازمند دماهای کریوژنیک است که نیازمند سیستم‌های و زیرساخت‌های خنک‌سازی پیشرفته است.
هزینه‌های مواد: رساناهای فوق العاده هدایتگر دمای بالا هنوز نسبت به مواد هدایتگر معمولی گران‌قیمت‌تر هستند.
یکپارچه‌سازی با شبکه‌های موجود: تبدیل شبکه‌های برق موجود با فناوری HTS نیازمند سرمایه‌گذاری و برنامه‌ریزی قابل توجه است.
نگرانی‌های ایمنی: مدیریت مایعات کریوژنیک و تضمین عملکرد ایمن دستگاه‌های فوق العاده هدایتگر چالش‌های ایمنی منحصر به فردی ایجاد می‌کند.
نتیجه‌گیری
استفاده از رساناهای فوق العاده هدایتگر دمای بالا در سیستم‌های انتقال برق می‌تواند به طور قابل توجهی کارایی، قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری شبکه برق را افزایش دهد. برای ترانسفورماتورها، این می‌تواند منجر به طراحی‌هایی شود که کاراتر، فشرده‌تر و قادر به مدیریت بارهای بالاتر هستند. با این حال، انتقال به فناوری HTS نیز چالش‌های مختلفی دارد که باید از طریق تحقیقات و توسعه مداوم حل شوند.
