Bagaimana cara kerja laluan kuasa superkonduktor dan apakah cabaran utama yang mencegah penggunaan meluas mereka dalam grid kuasa bandar?

Laluan kuasa superkonduktor menggunakan sifat bahan superkonduktor untuk mentransmisikan tenaga elektrik. Bahan superkonduktor mempamerkan rintangan sifar pada suhu rendah (biasanya di bawah suhu kritikal mereka), bermaksud arus boleh mengalir melalui superkonduktor tanpa kerugian. Berikut adalah gambaran asas tentang cara laluan kuasa superkonduktor berfungsi:

• Bahan Superkonduktor: Menggunakan bahan yang boleh menjadi superkonduktor pada suhu rendah tertentu, seperti aloi niobium-titanium (NbTi) atau superkonduktor suhu tinggi seperti oksida kuprum barium itrium (YBCO).

• Sistem Pendinginan: Untuk mengekalkan keadaan superkonduksi, sistem pendinginan diperlukan untuk mengekalkan bahan di bawah suhu kritikalnya. Media pendinginan biasa termasuk helium cecair (untuk superkonduktor suhu rendah tradisional) atau nitrogen cecair (untuk superkonduktor suhu tinggi).

• Penghantaran Kuasa: Dalam keadaan superkonduksi, arus mengalir melalui konduktor dengan hampir tiada kerugian, meningkatkan kecekapan penghantaran kuasa secara signifikan. Selain itu, disebabkan oleh ketumpatan arus yang tinggi dalam superkonduktor, isipadu kabel superkonduktor yang lebih kecil boleh membawa lebih banyak kuasa berbanding kabel konvensional.

Cabaran Utama yang Menghalang Penggunaan Meluas dalam Grid Bandar

Walaupun laluan kuasa superkonduktor menawarkan kelebihan yang jelas, seperti penurunan kerugian kuasa dan peningkatan kapasiti penghantaran, ia menghadapi beberapa cabaran yang membatasi penggunaannya secara meluas dalam grid bandar:

• Keperluan Pendinginan: Laluan kuasa superkonduktor memerlukan pendinginan kriogenik yang berterusan, yang meningkatkan kompleksiti dan kos sistem. Peralatan pendinginan tidak hanya mengakibatkan pelaburan awal tetapi juga menjana perbelanjaan operasi dan pemeliharaan yang berterusan.

• Kos Pembuatan: Pada masa ini, bahan superkonduktor lebih mahal daripada bahan konduktor tradisional. Selain itu, proses pembuatan kabel superkonduktor lebih rumit, yang mendorong naik kos.

• Penyemakan Infrastruktur: Infrastruktur kuasa sedia ada mungkin memerlukan penyemakan luas untuk menampung laluan kuasa superkonduktor. Ini termasuk mengemaskini sistem pengedaran, substansi, dan kemudahan berkaitan lain.

• Kebolehpercayaan dan Keselamatan: Kabel superkonduktor boleh kehilangan superkonduktivitinya dalam keadaan ekstrem (seperti beban kuasa yang berlebihan), fenomena yang dikenali sebagai "quench." Semasa quench, superkonduktor kembali ke keadaan resistif, menyebabkan peningkatan suhu yang cepat yang boleh merosakkan kabel. Mekanisme perlindungan yang boleh dipercayai diperlukan untuk mencegah kejadian sedemikian.

• Teknologi dan Piawaian: Laluan kuasa superkonduktor adalah teknologi yang relatif baru, dan spesifikasi teknikal dan piawaian industri yang berkaitan masih berkembang. Kekurangan piawaian yang matang boleh menghalang komersialisasi.

• Penerimaan Awam: Pengenalan teknologi baru sering memerlukan masa untuk mendapatkan kepercayaan dan sokongan awam, terutamanya apabila ia melibatkan perubahan besar kepada infrastruktur dan teknologi.

Kesimpulan

Laluan kuasa superkonduktor mentransmisikan tenaga elektrik secara efisien dengan menggunakan sifat rintangan sifar bahan superkonduktor pada suhu rendah. Walau bagaimanapun, cabaran yang dihadapi termasuk permintaan pendinginan yang tinggi, kos pembuatan, keperluan penyemakan infrastruktur, kebimbangan kebolehpercayaan dan keselamatan, serta teknologi dan piawaian yang masih berkembang. Menangani cabaran-cabaran ini akan membantu mempromosikan penerimaan dan pembangunan teknologi superkonduktor dalam penghantaran kuasa.