|
|
|
imail: ali.jovein@gmail.com
دورنماي كاربرد تجهيزات ابررسانايي در شبكه هاي قدرت
در سالهاي اخير تمايل شديدي نسبت به كاربرد ابررساناهاي از نوع پردما (HTS) و كم
دما (LTS) در سيستمهاي قدرت پيدا شده است. با موفقيتهاي حاصله در فنآوري ابررساناها
انتظار ميرود كه در طي چند دهه آينده مصارف صنعتي آن به بازار وارد شود.
در آمريكا برنامه سيستمهاي قدرت ابررسانايي كه از طرف دپارتمان انرژي (DOE) اجرا
ميشود وسايل و تجهيزات زير را از ابررساناي نوع HTS ساخته و مورد آزمايش قرار داده
است.
- محدودساز جريان خطا (FCL) با ولتاژ 4/2 كيلوولت
- موتور سنكرون به قدرت 200 اسببخار
- كابل انتقال بطول 50 متر
- يك سيمپيچي نمونه ژنراتور براي طراحي روتورهاي از نوع پيشرفته
موسسه DOE فعاليتهاي خود را عمدتاً بر كاربرد ابررساناي HTS متمركز كرده است.
مهمترين مزيت ابررساناي HTS بر نوع LTS حذف هليوم كريوژن (Helium Cryogen) مايع و
صرفهجويي در هزينه بعلت عدم نياز به سيستم خنكسازي هليوم است. در حال حاضر هنوز
هزينه و قيمت هاديهاي HTS بالا بوده و بدون كاهش آن تجاري شدن تجهيزات مربوطه مشكل
خواهد بود. تمايل شركتهاي برق براي بكارگيري تجهيزات ابررسانايي در شبكههاي قدرت تا
حد زيادي به نحو عملكرد، قابليت اطمينان و سهولت تعميرات آنها درمقايسه با تجهيزات
سنتي بستگي دارد.
ويژگيهاي بهبود راندمان و كاهش هزينه عمر كه بطور سنتي از مهمترين برجستگيهاي
تجهيزات ابررسانايي شناخته ميشد امروز، از اهميتي دومي برخوردار هستند. البته
افزايش راندمان موتورهاي ابررسانايي هنوز يك ويژگي مهم بوده بگونهاي كه 2 درصد
افزايش راندمان ميتواند بسيار موثر باشد.
كاربرد وسيع تجهيزات ابررسانايي در سيستمهاي قدرت باعث فروش اين تجهيزات در سطح
جهان تا رقم 100 ميليارد دلار تا سال 2010 خواهد شد.
البته در آمريكا بعلت خصوصي سازي توليد و انتقال انرژي الكتريكي تمايل شركتهاي برق
براي كنترل و افزايش راندمان ديگر چندان جدي نيست چرا كه در فضاي جديد ميتوانند
تلفات سيستم را بعنوان بخشي ازهزينههاي بهرهبرداري در نظر بگيرند.
ميزان تاثير و بهبود ناشي از بكارگيري تجهيزات ابررسانايي در سيستم قدرت را ميتوان
با يك تحليل ساده محاسبه و ارزيابي كرد. كليه سيستمهاي قدرت بصورت يك سيستم تبديل
انرژي از مرحله تبديل سوختهاي فسيلي به انرژي الكتريكي، انتقال و تحول آن به
مصرفكنندگان عمل ميكنند. راندمان بخش تبديل انرژي بين 30 تا 50 درصد است كه كمترين
راندمان در فرآيند عملكرد سيستمهاي قدرت است. در حال حاضر سيستم قدرت آمريكا با
بكارگيري 32 واحد كواد (Quad) از انرژي فسيلي ميتواند 10 واحد كواد انرژي الكتريكي
به بخش مصرفكنندگان تحويل دهد، بطوريكه هر كواد انرژي (1015 BTU) معادل با فروش 20
ميليارد دلار انرژي الكتريكي با نرخ $KWh7درصد است. موتورهاي الكتريكي 64 درصد مصرف
انرژي الكتريكي آمريكا را تشكيل ميدهند كه معادل با 4/6 كواد انرژي است، بطوريكه 50
درصد آن توسط موتورهاي بزرگتر از 1000 اسببخار مصرف ميشود.
چنانچه طي 10 تا 20 سال آينده بكارگيري موتورهاي بزرگ ابررسانايي با 2 درصد افزايش
در راندمان گسترش يابد، صرفه حاصل از كاهش هزينه انرژي الكتريكي حدود 1/0 كواد يا 2
ميليارد دلار در سال خواهد شد. مسلماً اين امر باعث صرفهجويي معادلي در بخش سوخت و
كاهش آلايندههاي ناشي از تبديل انرژي خواهد شد.
موتورهاي بزرگتر از 1000 اسب بخار انتخاب بسيار مناسبي براي بكارگيري فنآوري
ابررسانايي جهت افزايش راندمان هستند.
در بخش انتقال و توزيع (T&D) قابليت براي كاهش تلفات تا ميزان 7 تا 10 درصد با
بكارگيري فنآوري ابررسانايي بسيار جذاب است. هزينه يك خط انتقال هوايي سنتي برابر
100000 دلار بر مايل است در حالي كه هزينه كابل زيرزميني از نوع ابررسانايي با همان
ظرفيت برابر 5/1 تا 2 ميليارد دلار بر مايل است.
در بخش انتقال و توزيع شركتهاي برق رفته رفته به كاربرد فناوري ابررسانايي در
محدودسازهاي جريان خطا (FCL) و ترانسفورماتورها علاقمند ميشوند. محدودسازهاي جريان
خطا از نوع ابررسانايي (SCFCL) توانايي محدود كردن صدمات ناشي از جريانهاي بزرگ و
گذراي خطا به تجهيزات پستها را دارا هستند.
آزمايشهاي موفق اخير ژاپن و اروپا بر روي ترانسفورماتورهاي HTS، بيانگر تمايل
شركتهاي برق براي بكارگيري اين نوع ترانسفورماتورها در شبكههاي قدرت بواسطه مزاياي
اقتصادي، زيستمحيطي و بهبود عملكرد آنها در مقايسه با ترانسفورماتورهاي سنتي است.
يك بررسي درباره استفاده از ترانسفورماتورهاي ابررسانايي در شبكههاي توزيع نشان
ميدهد كه كاربرد نسبتاً وسيع آنها براي قدرتهاي بيشتر از MVA30 ميتواند تلفات شبكه
توزيع را نسبتاً به نصف مقدار فعلي (4 تا 5 درصد) تقليل دهد. اين كاهش تلفات به
ميزان 2درصد متناظر با صرفهجويي در انرژي است كه در آمريكا برابر 2/0 كواد و معادل
با فروش 4 ميليارد دلار انرژي الكتريكي در سال است.
بكارگيري وسيع ژنراتورهاي ابررسانايي با 8/0 درصد بهبود در راندمان آنها در طي 10
تا 20 سال آينده ميتواند سبب صرفهجويي در انرژي الكتريكي به ميزان 1/0 كواد شود
بعلاوه اينكه باعث صرفه بيشتر در سوخت فسيلي و انتشار آلايندههاي محيطي شود.
صرفه كل حاصل در انرژي الكتريكي بواسطه بكارگيري ترانسفورماتور، موتور و ژنراتورهاي
ابررسانايي برابر 4/0 كواد خواهد شد كه معادل 8 ميليارد دلار فروش انرژي در سال
است.
قابل توجه است كه يك كواد صرفهجويي در سوخت باعث كاهش 238000 تن گاز NOX و 412000
تن گاز SOX و 68530000 تن گاز CO2 خواهد شد كه معادل با 26800000 تن كربن است.
از ديگر صرفههاي مرتبط با كاهش آلايندهها كاهش مالياتهاي ناشي از آنها است بگونهاي
كه براي گاز SOX كاهش مقدار 100 دلار در هر تن، در سال باعث 40 ميليون دلار
صرفهجويي خواهد شد و براي كربن كاهش 100 دلار در هر تن نيز باعث 7/2 ميليادر دلار
صرفه جويي در سال خواهد شد.
منبع : ماهنامه صنعت برق شماره 120 تير 1385