Сверхпроводящая катушка повысит эффективность ветряных турбин

Традиционные морские ветряные турбины являются дорогими и крайне сложными механизмами – в основном из-за их сложных и требующих частого технического обслуживания редукторов. Шариар Хоссейн Ииз Университета Воллонгонга, Австралия, пытается найти способ снизить производственные затраты и значительно увеличить эффективность турбин, заменив редукторы суперпроводящей катушкой.

Редукторы в турбине соединяют низкооборотный вал, вращающийся при помощи лопастей турбины, с высокоскоростным валом, вращающим генератор, повышая скорость вращения с 30-60 на входе до 1000-1800 оборотов в минуту на выходе – скорость, необходимая для работы генератора.

Чтобы снизить стоимость, количество обслуживания и проблемы потери эффективности от использования редукторов, Хоссейн, ученый-материаловед Института Сверхпроводимости и Электронных Материалов при Университете, дотируемый Исследовательским Советом Австралии в 2013 году в рамках награды Discovery Early Career Researcher Award (DECRA), разрабатывает сверхпроводящую катушку на основе диборида магния – соединения магния и бора – который, по словам ученого, очень легко и дешево производить и он может позволить турбинам работать вообще без дорогих и громоздких редукторов.

В отличие от традиционного медного провода, в котором от 7 до 10 процентов энергии теряется за счет сопротивления, когда электрический ток посылается по проводу, суперпроводящая цепь не потеряет энергию, поскольку не обладает электрическим сопротивлением. Это позволит электричеству бесконечно циркулировать в цепи, даже если внешнее питание отключено.

По словам доктора Хоссейна, самая большая проблема на текущий момент это поддержание сверхнизкой температуры вокруг катушки для обеспечения сверхпроводимости. Для решения этой проблемы он планирует использовать криогенные охладители в две ступени. Первый охладитель будет охлаждать катушку до -218° C, затем второй будет охлаждать дополнительно до -253° C. По словам исследователя, диборидовая, вотличие от ниодимовой катушки, способна выдерживать гораздо более высокую плотность тока.

Несмотря на очень серьезное охлаждение, такие катушки являются дешевле, чем при использовании высокотемпературных сверхпроводников, которые сверхпроводят при температуре -135° C, однако имеют стоимость 21 доллар США за метр, тогда как проводник из диборида магния обойдется порядка 0.8 доллара США за метр.

Сюда можно добавить, что для охлаждения неодимовой катушки необходимо использовать крайне дорогой жидкий гелий, тогда как для охлаждения детищя доктора Хоссейна достаточно недорогого газообразного гелия.

По словам исследователя, для производства турбины мощностью в 10 МВт понадобится около 200 километров сверхпроводника. В случае с неодимом стоимость катушки составит порядка 2.5 миллиона долларов США, тогда как диборид магния позволит снизить эту стоимость до 153 000 долларов США.

«Австралия отчаянно нуждается в источниках возобновляемой энергии», говорит доктор Хоссейн. «Ветер дешевый, чистый и у нас его в избытке утром и вечером, в ясный и дождливый день. А учитывая то, что Австралия имеет прибрежную линию длиной в 35000 километров, пространство для установки прибрежных ветряных электростанций практически не ограничено. При поддержке индустрии Австралия сможет получить первые сверхпроводящие ветряные турбины уже через пять лет, без проблем».