Ученым РФ впервые в мире удалось создать и испытать гибридную энергетическую магистраль. Её особенность заключается в том, что энергия в ней передаётся сразу двумя способами — в виде потока жидкого водорода и в виде электричества по сверхпроводящему кабелю.
Идея кабельной линии энергопередачи, сочетающей сверхпроводник и хладоагент, который не только поддерживает сверхпроводящее состояние кабеля, но и является энергоносителем, была выдвинута в 2011 году в Институте изучения устойчивости окружающей среды (Потсдам, ФРГ). В мае прошлого года в институте состоялся симпозиум, посвященный обсуждению различных технологий по передаче потоков электрической энергии в масштабах десятков гигаватт. Алекс Мюллер, нобелевский лауреат по физике, отметил, что в пустыне Сахара, в которой наблюдается приблизительно 360 солнечных дней в году, площадь солнечных батарей размером 300 км х 300 км может обеспечить все МИРОВОЕ потребление электроэнергии. Площади 150 км х 150 км и 50 км х 50 км достаточно для энергопитания всей Европы и Германии соответственно. Таким образом, пустынные площади на земле в будущем могут стать источником экологически чистой энергии.
Но возникает проблема: как и каким способом передать эту энергию, в том числе электрическую, в промышленные и густозаселенные районы? Порядок величины расстояний передачи составляет 3000-5000 км, требуемая мощность порядка 10 ГВт.
Основным выводом из дискуссий стало то, что электроэнергию передать на большие расстояния можно только с помощью линий постоянного тока, поскольку воздушные линии передач переменного тока имеют ограничения по длине в несколько сотен километров, а кабели переменного тока ограничены длиной до 30-50 км.
Одним из вариантов повышения величины передаваемой энергии является перекачка жидкого водорода от мест его приготовления (в тех же пустынных областях) к местам его использования. Жидкий водород является универсальным энергоносителем, а «бесплатный» холод может быть использован для охлаждения сверхпроводящих кабелей. При этом возникает возможность использования дешевого сверхпроводника на основе соединения MgB2 (диборид магния), открытого в 2001 году. Этот сверхпроводник может работать при температуре жидкого водорода сохраняя сверхпроводящие свойства в полном объеме и относительно дешев и прост в производстве. Таким образом, симпозиум пришел к выводу, что наиболее вероятным вариантом передачи больших потоков энергии на большие расстояние является прокачка жидкого водорода с одновременным использованием сверхпроводящего кабеля постоянного тока на основе диборида магния.
Недавно российским ученым удалось реализовать предложенную теоретическую модель на практике. В качестве сверхпроводящего материала российские специалисты использовали ленты диборида магния MgB2 производства итальянской фирмы Columbus Superconductor.
(Модельная гибридная энергетическая магистраль. В ходе опытов по ней передавалось до 50 МВт электроэнергии и до 25 МВт (в эквиваленте) в виде жидкого водорода)
Основной токонесущий слой нового сверхпроводящего кабеля состоит из пяти лент диборида магния, спирально уложенных на сердечник из пучка медных проволок. Диаметр кабеля — 26 мм, длина — около 10 м. Внутри конструкции остался изолированный канал диаметром около 12 мм, предназначенный для охлаждающего жидкого параводорода. Кроме того, параводород циркулирует в полости между внешней оболочкой кабеля (диаметром 28 мм) и внутренней стенкой криостата (40 мм).
(возможные направления передачи энергии из пустынных областей Земли)
Испытания экспериментальной энергомагистрали проводились на специализированном стенде Конструкторского бюро химавтоматики (Воронеж). Установка представляла собой макет гибридной энергетической магистрали (с рабочим давлением до 10 бар) для размещения сверхпроводящего кабеля, собственно сверхпроводящий кабель и токовые вводы.
(Экспериментальный образец силового сверхпроводящего кабеля. Светлые полоски сверхпроводник, прочее слои медных проволок для защиты при коротких замыканиях)
В экспериментальной модельной магистрали поток жидкого водорода в 200–220 г/с способен переносить около 25 МВт мощности, плюс по сверхпроводящему кабелю идёт около 50 МВт электричества. Однако последний показатель легко увеличить втрое, добавив число сверхпроводящих лент. В промышленном решении за счёт увеличения тока, напряжения и объёма потока водорода (увеличив диаметр трубы) можно пропускать куда более мощные энергопотоки, полагают российские ученые.