Знижено складність повітряних надпровідних ліній електропередачі

За повідомленням Veir, ця американська компанія планує створити повітряну надпровідну лінію електропередачі потужністю до 400 МВт з менш складною системою охолодження.

У повітряній лінії електропередачі Veir використовується надпровідний кабель і запатентована система охолодження, яка дасть змогу передавати до 400 МВт при напрузі 69 кВ, а в майбутніх версіях - до кількох гігаватів. Лінії призначені для передачі в п'ять-десять разів більшої кількості енергії, ніж звичайні лінії електропередач, за практично тієї ж площі та рівня напруги.

Це допоможе подолати перешкоди, пов'язані з регулюванням і протидією громадськості, через які збільшення пропускної спроможності ліній практично неможливе на значній території земної кулі, особливо в США і Європі, де нові системи розподілу електроенергії відіграють життєво важливу роль у переході на поновлювані джерела енергії та підвищенні стійкості енергосистем.

Veir сформувала коло зацікавлених клієнтів, серед яких комунальні служби, оператори центрів обробки даних, промислові компанії та розробники поновлюваних джерел енергії. Компанія має намір завершити перший комерційний експеримент із високою потужністю у 2026 році.

"Ми можемо передавати набагато вищі рівні потужності за набагато нижчої напруги, тому можемо передавати таку саму високу потужність, але водночас займати набагато менше місця та чинити набагато менший візуальний вплив, а отже, долати багато громадських протестів, а також перешкод, пов'язаних із розміщенням об'єктів та отриманням дозволів", - каже Тім Хайдель (Tim Heidel), генеральний директор і співзасновник Veir.

"Будівництво інфраструктури для передачі електроенергії може зайняти десятиліття або більше, і було чимало прикладів проєктів, від яких довелося відмовитися, тому що вони зрозуміли, що проти них так багато заперечень або вони занадто складні, щоб реалізувати їх з мінімальними витратами", - зазначив він. "Ми можемо знизити напругу, але передавати ту саму кількість енергії, тому що створювані нами системи працюють на набагато вищих рівнях струму, і саме тому наші лінії здатні розчинитися на задньому плані та уникнути тієї самої протидії".

Після закінчення Массачусетського технологічного інституту Тім Гайдель працював в Агентстві перспективних дослідницьких проєктів Міністерства енергетики (ARPA-E), а потім в інвестиційній компанії Білла Гейтса Breakthrough Energy Ventures (BEV), де продовжив вивчення передачі електроенергії.

"Практично всі сценарії та дослідження з декарбонізації, опубліковані за останні два десятиліття, зводяться до того, що для досягнення агресивного скорочення викидів парникових газів нам доведеться подвоїти або потроїти масштаби електромереж по всьому світу", - повідомив Тім Хайдель. "Але коли ми подивилися на дані про те, як швидко розширюються електромережі, як легко будуються лінії електропередач, скільки коштує будівництво нових ліній електропередач, то майже всі показники виявилися невірними. Передача електроенергії з часом ставала все дорожчою, а будівництво займало все більше часу. Нам вкрай необхідно знайти нове рішення".

У лініях електропередачі Veir використовуються високотемпературні надпровідні стрічки та інші матеріали. Частина цього прогресу була досягнута завдяки індустрії ядерного синтезу, яка використовує надпровідні матеріали в деяких конструкціях ядерних реакторів.

Але основною інновацією є система охолодження. Співзасновник і радник Veir Стів Ешворт (Steve Ashworth) розробив ідею системи охолодження понад 15 років тому в Лос-Аламоській національній лабораторії в рамках великого дослідницького проєкту, що фінансується Міністерством енергетики. Коли проєкт було закрито, ідея була значною мірою забута.

У попередніх поколіннях надпровідних кабельних ліній електропередачі використовували складні системи активного азотного охолодження із замкнутим контуром, що обмежувало їх застосування підземними комунікаціями на коротких відстанях. У Veir використовується проста пасивна система азотного охолодження з відкритим контуром, у якій розподілене випаровування забезпечує 20-кратне збільшення потужності охолодження на кілограм рідкого азотного теплоносія. Це знижує складність, зменшує вагу провідника, знижує загальну вартість надпровідних ліній електропередачі та забезпечує більшу потужність, ніж будь-який інший сучасний провідник.

За словами Тіма Хайделя, лінії електропередач, розраховані на передачу такої великої потужності, зазвичай набагато більші, ніж конструкція Veir, а інші спроби скоротити площу потужних ліній обмежувалися невеликими відстанями під землею.

"Висока потужність вимагає високої напруги, а висока напруга вимагає високих веж і широких смуг відведення, а ці високі вежі та широкі смуги відведення глибоко непопулярні", - зазначає Тім Хайдель. "Це універсальна істина практично в усьому світі".

Перший повітряний надпровідний кабель змінного струму компанії Veir здатний передавати потужність до 400 мегаватів і напругу до 69 кіловольтів, і в майбутньому компанія планує перейти на вищу напругу та потужніші продукти, включно з лініями постійного струму.