С тех пор, как было открыто явление сверхпроводимости, прошло
почти 100 лет, однако действительно широкого применения в технике оно
до сих пор не нашло. Напомню, что сверхпроводимостью называют
способность некоторых веществ при охлаждении ниже определенной
температуры, именуемой критической температурой перехода, практически
полностью утрачивать электрическое сопротивление и проводить
электрический ток без каких-либо потерь.
Металлооксидная керамика - высокотемпературный сверхпроводник
На протяжении долгих десятилетий науке были известны только
сверхпроводники с крайне низкими критическими температурами перехода,
лишь незначительно превышающими абсолютный нуль. Даже у технеция,
имеющего самую высокую среди чистых металлов критическую температуру
перехода, она составляет всего лишь 11,2 градуса Кельвина. А ведь
получение и поддержание столь низких температур с использованием очень
капризного в эксплуатации жидкого гелия - дело не только сложное, но и
чрезвычайно дорогостоящее. Поэтому о практическом применении
сверхпроводимости в технических устройствах долгое время не могло быть
и речи.
Однако в 1986 году был открыт новый класс соединений, способных
переходить в сверхпроводящее состояние при значительно более высоких
температурах. Синтезированная исследователями керамика из атомов
кислорода, меди, бария и лантана, в обычных условиях вообще не
проводящая электрический ток, обретала сверхпроводимость при
температуре 58 градусов Кельвина. Годом позже, заменив в составе этой
же керамики лантан на иттрий, ученые получили и вовсе сенсационный
результат - 92 градуса Кельвина. С тех пор получены и другие, еще более
высокотемпературные сверхпроводники с критическими температурами
перехода, намного превышающими температуру кипения жидкого азота.
Именно это обстоятельство и делает их перспективными в плане
практического применения, поскольку жидкий азот прост в обращении и
несравненно дешевле, чем жидкий гелий.
То лучше, чем у меди, то как у кирпича
И вот теперь в Саксонии, на электростанции Боксберг, начались первые
полевые испытания так называемых токоограничивающих выключателей,
основанных на явлении высокотемпературной сверхпроводимости.
Электростанция Боксберг работает на буром угле. Масштабы предприятия
впечатляют: в среднем, здесь сжигается 27 тысяч тонн угля в сутки - это
содержимое 350 железнодорожных вагонов. А рядом с гигантскими
энергоблоками за отдельной оградой установлен ничем вроде бы не
примечательный серебристый контейнер весьма скромных размеров.
"В его передней стенке имеются три оконных проема, и сквозь них
хорошо видны наши криостаты - три штуки, - поясняет Йоахим Бок (Joachim
Bock), сотрудник концерна Nexans, производителя испытуемого
оборудования. - Криостаты - это что-то вроде очень хороших термосов, и
в них расположены наши сверхпроводящие элементы из металлооксидной
керамики, охлаждаемые до температуры минус 200 градусов Цельсия".
Идея, положенная в основу таких токоограничивающих выключателей,
очень проста: в случае короткого замыкания происходит резкий нагрев
проводника, состояние сверхпроводимости мгновенно исчезает,
сопротивление скачком возрастает в миллионы раз. Йоахим Бок описывает
это так: "Только что электропроводность кабеля была лучше, чем у меди,
а уже в следующее мгновение она такая же, как у кирпича".
Высокий спрос... в среднесрочной перспективе
Такой выключатель предохраняет от аварийного разрушения все
последующие компоненты электростанции - от кабелей до распределительных
устройств. По словам Томаса Крюгера (Thomas Krüger), сотрудника
энергетического концерна Vattenfall, которому принадлежит
электростанция Боксберг, это своего рода предохранитель, но только он
не совсем прерывает подачу тока, а снижает ее до безопасного уровня.
"Тем самым мы можем проектировать распределительные устройства и
прочее оборудование, рассчитанные на значительно меньшие токи короткого
замыкания, - продолжает Крюгер, - а это позволит сэкономить немало
средств". Токоограничивающие выключатели обретают особо важное значение
для электростанций следующего поколения, в которых предусмотрено
отделение углекислого газа и закачивание его под давлением под землю.
"Расход энергии на собственные нужды электростанции вырастет, -
поясняет Томас Крюгер, - а это потребует новых распределительных
устройств, реализовать которые на основе традиционной технологии едва
ли удастся".
По мнению Йоахима Бока, сверхпроводящие токоограничивающие
выключатели найдут широкое применение не только на электростанциях, но
и в электрических сетях: "Распределительные устройства в некоторых
странах Европы, например, в Великобритании, работают практически на
пределе своих возможностей. Это исключает оптимальное использование
возобновляемых энергоресурсов. Так, подключение ветрогенераторов
зачастую невозможно, потому что это чревато превышением мощности
короткого замыкания нынешних сетей. Мы полагаем, что в среднесрочной
перспективе наши изделия окажутся востребованными и в этой сфере".
Конечно, при условии, что испытания в Саксонии пройдут успешно. Они продлятся ровно год.
Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман
http://www.dw-world.de/dw/article/0,,5227552,00.html
