چگونه خطوط برق ابررسانا کار می کنند و چه چالش های اصلی ای وجود دارد که از گسترش آنها در شبکه های برق شهری جلوگیری می کند

خطوط برق ابررسانا با استفاده از خصوصیات مواد ابررسانا انرژی الکتریکی را منتقل می‌کنند. مواد ابررسانا در دمای پایین (معمولاً زیر دمای بحرانی خود) مقاومت صفر نشان می‌دهند، به این معنا که جریان می‌تواند بدون هیچگونه ضرر از طریق ابررسانا جریان یابد. در ادامه یک بررسی اجمالی از نحوه عملکرد خطوط برق ابررسانا آورده شده است:

• مواد ابررسانا: از موادی استفاده می‌شود که می‌توانند در دماهای پایین خاص ابررسانا شوند، مانند آلیاژ نیوبیوم-تیتانیوم (NbTi) یا ابررساناهای دمای بالا مانند اکسید کبالت باریوم یتریم (YBCO).

• سیستم خنک‌سازی: برای حفظ وضعیت ابررسانا، سیستم خنک‌سازی لازم است تا ماده را زیر دمای بحرانی خود نگه دارد. مخازن خنک‌سازی معمول شامل هلیوم مایع (برای ابررساناهای دمای پایین سنتی) یا نیتروژن مایع (برای ابررساناهای دمای بالا) هستند.

• انتقال برق: در حالت ابررسانا، جریان از طریق هادی با تقریباً بدون هیچگونه ضرر جریان می‌یابد، که به طور قابل توجهی کارایی انتقال برق را بهبود می‌بخشد. علاوه بر این، به دلیل چگالی جریان بالا در ابررساناهای، حجم کوچک‌تری از کابل ابررسانا می‌تواند بیشتر از برق را نسبت به کابل‌های معمولی منتقل کند.

چالش‌های اصلی مانع انتشار گسترده در شبکه‌های شهری

در حالی که خطوط برق ابررسانا مزایای قابل توجهی مانند کاهش ضرر برق و افزایش ظرفیت انتقال ارائه می‌دهند، چالش‌های متعددی وجود دارد که از انتشار گسترده آنها در شبکه‌های شهری جلوگیری می‌کند:

• نیازهای خنک‌سازی: خطوط برق ابررسانا نیاز به خنک‌سازی کریوژنی مداوم دارند، که پیچیدگی و هزینه سیستم را افزایش می‌دهد. تجهیزات خنک‌سازی نه تنها سرمایه اولیه بلکه هزینه‌های عملیاتی و نگهداری مداوم را نیز ایجاد می‌کنند.

• هزینه تولید: در حال حاضر، مواد ابررسانا گران‌تر از مواد هادی معمولی هستند. علاوه بر این، فرآیند تولید کابل‌های ابررسانا پیچیده‌تر است، که هزینه‌ها را افزایش می‌دهد.

• تغییرات زیرساخت: زیرساخت‌های موجود برق ممکن است نیاز به تغییرات گسترده‌ای داشته باشند تا خطوط برق ابررسانا را پذیرا شوند. این شامل به‌روزرسانی سیستم‌های توزیع، زیرстанیون‌ها و سایر تسهیلات مرتبط است.

• قابلیت اطمینان و ایمنی: کابل‌های ابررسانا می‌توانند در شرایط حدی (مانند بار بیش از حد) ابررسانایی خود را از دست دهند، که این پدیده "کوئنش" نامیده می‌شود. در طول کوئنش، ابررسانا به حالت مقاومتی بازمی‌گردد، که منجر به افزایش سریع دما می‌شود و می‌تواند کابل را خراب کند. مکانیزم‌های محافظت مطمئن ضروری هستند تا از وقوع چنین حوادثی جلوگیری شود.

• فناوری و استانداردها: خطوط برق ابررسانا یک فناوری نسبتاً جدید هستند و مشخصات فنی و استانداردهای صنعتی مربوط به آنها هنوز در حال توسعه هستند. فقدان استانداردهای رسیده می‌تواند از تجاری‌سازی جلوگیری کند.

• پذیرش عمومی: معرفی فناوری‌های جدید معمولاً وقت زیادی می‌برد تا اعتماد و حمایت عمومی را کسب کند، به خصوص زمانی که شامل تغییرات چشمگیر در زیرساخت‌ها و فناوری‌ها می‌شود.

خلاصه

خطوط برق ابررسانا با استفاده از خصوصیات مقاومت صفر مواد ابررسانا در دماهای پایین به طور کارآمد انرژی الکتریکی را منتقل می‌کنند. با این حال، چالش‌هایی که با آنها مواجه هستند شامل نیازهای خنک‌سازی بالا، هزینه‌های تولید، نیاز به تغییرات زیرساخت، نگرانی‌های قابلیت اطمینان و ایمنی و فناوری و استانداردهای در حال تکامل هستند. حل این چالش‌ها به ترویج و توسعه فناوری ابررسانا در انتقال برق کمک خواهد کرد.