Mevcut altyapıya dayalı olarak, süper iletken teknoloji, elektrik enerjisi iletiminde ve dağıtımının bir kısmında makul ilerleme kaydetmiştir, ancak bu teknolojinin dezavantajı, kriyojenik soğutma gereksiniminin, geleneksel teknolojilere kıyasla onu pahalı hale getirmesidir. Bu nedenle, kamu hizmeti şirketleri teknolojiyi henüz benimsememiştir.
Süper iletken jeneratörler ve motorlar, süper iletken arıza akımı sınırlayıcıları, süper iletken transformatörler ve süper iletken manyetik enerji depolama sistemleri gibi süper iletkenlik uygulamalarının tümü, güç şebekesinde yararlılıklarını bulur. Bu sistemler kompakt ve enerji tasarrufludur. Süper iletken teknolojisinin en büyük dezavantajı, kriyojenik sistemlerini sürdürmenin maliyetidir. Yüksek Sıcaklık Süper iletkenlerinde (HTS) ve Düşük Sıcaklık Süper iletkenlerinde (LTS) sıcaklığa karşı elektrik direncinin tepkisini göstermektedir. LTS, sıvı helyumda düşük sıcaklıkta (yaklaşık 4K) çalışır ve söndürmek için çok az enerji gerektirir.
HTS, yüksek stabilite marjından sorumlu olan yüksek sıcaklık marjına ve ısı kapasitesine sahip süper iletkenlerdir. 1986’dan önce, bir süper iletkenin en yüksek kritik sıcaklığı, Bednorz ve Müller, La 2 CuO 4 La 2 CuO 4’te yaklaşık 30 K’lik bir kritik sıcaklık ölçene kadar 23,2 K idi. Yüksek sıcaklık süper iletkenler örnekleri Bi olan 2, Sr 2 CaCu 2 O x (İki 2212), Bi, 2 , Sr 2 , Ca 2 Cu 3 O x (İki 2223) ve YBA 2 Cu 3 O x(Y-123). Genellikle yaklaşık 77K’da sıvı Nitrojen ile soğutulurlar. Bunlar aynı zamanda, büyük bir manyetik alan> 23T, yüksek akım yoğunluğu> 300 A/mm bilinmektedir 2 ve yüksek izin verilen ısı girişi mevcuttur.
Arıza Akımı Sınırlayıcıları
Güç talebindeki sürekli büyüme, süper iletken arıza akımı sınırlayıcılarına (SFCL) olan ihtiyacı gerektirmektedir. Izgaranın boyutu ne kadar büyükse, hata olasılığı o kadar yüksek olur; bu, şebekedeki transformatörler ve diğer makineler gibi güç ekipmanlarının çalışmasını etkiler. Bir arıza koşulu, sistemin verimliliğini azaltır ve bu, derhal ele alınmazsa bir elektrik kesintisine neden olabilir. Dahası, bu teknolojinin standardizasyonu hala olgunlaşmamış ve maliyet sorunları nedeniyle pazarlana bilirliği çok düşük, ancak bu, önemli faydalarını küçümsemek anlamına gelmiyor.
Birkaç tür SFCL tasarımı vardır, ancak temel tasarım, bir koruma aracı olarak süper iletkenlik ilkesini uygulayarak çalışır. Temel olarak bir şönt ile paralel bağlanmış süper iletken malzemeye sahiptir, süper iletken durumda daha dirençlidir, ancak normal durumda daha az dirençlidir. Süper iletken, bir arıza durumu oluşana kadar sıvı nitrojende sıfır direncine dayalı olarak çalışmasına devam eder; akım aniden kritik akımının üzerine çıktığında, aşırı akım şönt metalden akar ve ardından süperiletken süper iletkenliğini geri kazanır.
Süper iletken FCL’nin en önemli özelliklerinden biri, yukarı akış alt ağlarını koruyabilmeleri, yani bir sistemdeki hem iletim hem de dağıtım ağını koruyabilmeleridir. Bu uygulamalar için daha uygundur çünkü süper iletken olmayan FCL, alt ağları korumak için önceden belirlenmiş bir konuma sahip olmalıdır. Bu teknoloji, bir arıza meydana geldikten sonra devre kesicilerin, transformatörlerin değiştirilmesi ve ağların ayrılması maliyetini düşürür. Bahsedilen bu bileşenler bir arıza durumunda reaktif hale gelir. SFCL, geçici sistemdeki kararlılığı artırır; Yeni bir trafo satın almak veya artan büyüklük olduğunda devre kesiciyi değiştirmek gibi önemli değişiklikler yapmak yerine, SFCL, alt ağlar bağlanabildiği için şebekeyi korur.
Furukawa Elektrik Kablosu (FEC), gelecekte SFCL’nin çok sayıda yenilenebilir enerji jeneratörüne izin veren ve bir komplekste topraklama hatası ve devre hatası gibi bir ağ kazası riskini ortadan kaldıran güç cihazlarından biri olacağını tahmin ediyor. (büyük güç ağı)Geçtiğimiz on yıl içinde, Çin’in Gansu eyaleti Baiyin’de 10 kV / 1.5 kA SFCL, 630 kVA / 10 kV / 0.4 kV HTS trafo, 380 V / 1.5 kA 75 m uzunluğunda HTS AC kablo ile birlikte şebekeye entegre edilmiş ve 1 MJ / 0,5 MVA SMES. Gelecekte, SFCL’nin iyileştirilmesi ve özellikle SFCL’nin şebeke için bir koruma görevi göreceği yenilenebilir enerji uygulamalarında onun elektrik şebekesinde uygulanması konusunda sürekli araştırmalar devam etmektedir.
Süper İletken Manyetik Depolama Enerji Sistemleri (SMES)
Sürdürülebilir enerji kaynakları dikkate alındığında, özellikle yenilenebilir üretim tesisinde çoğu koşulun elverişli olduğu yoğun dönemlerde üretilen enerjinin depolanmasına ihtiyaç vardır. KOBİ, büyük enerjiyi DC biçiminde, süper iletken içinden akan akım tarafından süresiz olarak çevrilen manyetik enerji olarak depolar. SMES, DC’yi şebeke veri yoluna teslim edilmeye uygun AC’ye dönüştüren güç dönüştürücü sistemlerine sahiptir, çünkü bu, onu diğer depolama cihazlarından daha güvenilir kılar. Süperiletkenlik amacıyla, indüktör seçimi seçilir çünkü akım veya endüktans ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla enerji depolanır. Gönderen Denklemde, tüm hacim integrali alınır, çünkü indüktörün dönüş sayısı enerjiyi etkiler:
Bir KOBİ sistemi, süper iletken mıknatıs (SCM), güç koşullandırma sistemi (PCS), kriyojenik sistem (CS) ve kontrol ünitesi (CU) olmak üzere dört bölümden oluşur. Amerika Birleşik Devletleri’nde bir şebekede çalışan ilk süper iletken KOBİ uygulaması esnek bir AC iletim sistemiydi. Bonneville Güç İdaresi 1980’lerde 30 MJ SMES kullandı. Bu KOBİ, 1 megacikle eşdeğer 1200 saatten fazla enerji transferi için çalıştırıldı. KOBİ’lerin yaygın olarak benimsenen topolojilerinden biri, Şekil 7’de gösterilen, gerçek ve reaktif gücü kontrol etme kabiliyetine göre seçilen voltaj kaynağı dönüştürücüdür (VSC). Bu yetenek, yenilenebilir enerji üretiminde güç dalgalanmalarını azaltmak için kullanılan harika bir araçtır; dolayısıyla daha kararlı bir sistemdir. KOBİ’ler, kimyasal reaksiyona bağlı olan pillerin aksine çevre dostudur ve ana güç kaynağında güç kaybı olması durumunda yedek güç tedarikçisi olarak hareket edebilir.
HTS Kablosu
Bunlar, daha düşük iletim kaybında güç ileten güç kablolarıdır. İki tür HTS kablosu vardır, doğru akım (DC) kablosu ve alternatif akım (AC) kablosu. Şekil 8’de gösterilen HTS Kablosunu tartışırken, bu kablonun bir arıza olması durumunda aşırı akımın akışına izin veren bakır çekirdeği vardır; bunlar HTS bandı süper iletken tabakadır; yüksek voltajlı dielektrik, bir yalıtkan, HTS koruyucu bant ve bakır koruyucu tel görevi görür. Sıvı nitrojen soğutucu, iç kriyostat duvarı içinde akar ve sıcaklığı kritik sıcaklığın altına düşürür ve dış koruyucu tabaka tüm düzeneği korur. (HTS AC kabloları geleneksel bakır kablolarla karşılaştırmak], HTS kabloları bakırda 1 kA taşıyan aynı kesit içinde Kök Ortalama Kare (RMS) voltajı olarak yaklaşık 2–4 kA taşıyabilir. HTS kablo tasarımı, akım sınırlama yeteneklerine sahiptir. Bu, bir elektrik kesintisi durumunda alternatif bir güç kaynağı yöntemi sağlamak için şebekedeki iki alt ağ arasında daha güvenli bağlantıları teşvik eder. HTS kabloları hafiftir ve yüksek hat şarj akımı nedeniyle arttırılmış kapasitif şarj uzunluğuna sahiptir.
Yüksek frekanslarda AC kabloları, güç kaynağı ve dönüştürücüler tarafından üretilen AC kayıplarına eğilimlidir; Süper iletken DC kablolarının elektrik iletim ve dağıtım ağının verimliliğini artırmasının nedeni budur. Süper iletken DC kabloları dört ana bölümden oluşur (a) voltaj yalıtımı, (b) HTS süper iletken bant, (c) kriyojenik zarf ve (d) soğutma sıvısı. Yüksek voltajlı DC (HVDC) kabloların diğer özel avantajları, elektromanyetik olmayan radyasyon yetenekleri, kompakt tasarımı ve çevreye ısı emisyonunun olmamasıdır. Bu kablo, DC iletimi gerektiren bir rüzgar çiftliği ve fotovoltaik enerji üretimi için uygundur. Gelecekte, DC kabloları kentsel bölgelerdeki yoğun yüklü elektrik şebekesinin çözümüne yardımcı olabilir.
Kaynakça:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136403211501120X
https://link.springer.com/article/10.1007/s11027-005-9031-4
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu