Search

In questa memoria si descrive la possibile implementazione di una linea HVDC da 12 GW (±500 kV / 12 kA) mediante tecnologia superconduttiva e raffreddamento in idrogeno liquido. Si descrive altresì lo stato dell’arte dei superconduttori disponibili a livello industriale utilizzabili nella trasmissione di grandi potenze.

La memoria descrive sinteticamente le attività di sviluppo del laboratorio di Ingegneria dei Magneti e Superconduttività Applicata dell'Università di Bologna, con particolare riferimento alla messa a punto di un set-up sperimentale per la misura del quench in nastri o bobine di materiali superconduttori a temperatura critica inferiore a 77 K.

Un limitatore di corrente è un dispositivo che può contribuire notevolmente allo sviluppo delle reti elettriche del futuro perché è in grado di aumentarne la potenza di corto circuito senza comprometterne la tenuta in caso di guasto. La sua introduzione comporta notevoli vantaggi in termini di grado di magliatura, affidabilità, power quality e capacità di integrazione di generazione distribuita, anche da fonte rinnovabile. In questo contributo si esamina lo stato dell'arte relativo ai limitatori di corrente che adoperano tecnologia superconduttiva e si valuta il potenziale impatto di questi dispositivi sulle reti di distribuzione primaria (sub-trasmissione AT) che secondaria (MT)

Lo stoccaggio in forma liquida di combustibili gassosi a bordo dei veicoli in alternativa allo stoccaggio ad alta pressione sta ricevendo una attenzione crescente perché consente maggiore autonomia, minor costo del serbatoio e rifornimenti veloci. L’accumulo liquido rende disponibili temperature molto basse a bordo dei veicoli e pare così la strada all’uso sinergico dei superconduttori. In questo contesto l’accumulo d Energia Magnetica mediante Superconduttore (SMES) per i sistemi di frenata a recupero può costruire un’alternativa alle batterie elettrochimiche o ad altre tecnologie emergenti come supercondensatori o volani. In questo contributo si analizza in dettaglio la fattibilità di un sistema di accumulo superconduttivo e sidiscutono i possibili scenari applicativi.

Un sistema di accumulo di energia elettrica associabile ad un sistema utilizzatore consumante un combustibile e/o energia elettrica per il proprio funzionamento; il sistema di accumulo comprende un magnete superconduttivo mantenuto alla temperatura propria di esercizio tramite un fluido di raffreddamento avente una temperatura inferiore alla temperatura ambiente; il fluido di raffreddamento è stoccato in un serbatoio e comprende il combustibile che fornisce, evaporando, almeno parte della potenza refrigerante necessaria al funzionamento del magnete. Il sistema di accumulo dell'energia secondo la presente invenzione è vantaggiosamente applicabile in particolare a bordo di veicoli ibridi.

Questa memoria riporta i risultati del collaudo finale del prototipo di micro-SMES da 200 kJ / 75 kW e 150 A nominali realizzato dal Laboratorio di Superconduttività Applicata dell’Università di Bologna in collaborazione con ASG Superconductors S.p.A. di Genova. Il magnete superconduttivo è costituito da due avvolgimenti coassiali, connessi in controserie al fine di minimizzare il campo disperso. Il superconduttore utilizzato è uno strand in Nb-Ti stabilizzato in rame, di diametro 0.82 mm e corrente critica 214A@4.2K-6T. Le caratteristiche costruttive del µSMES sono state descritte in una precedente memoria. Il magnete è stato testato a 4.2K bagno di in elio liquido presso il Laboratorio Criogenico di ASG Superconductors.

Il riscaldamento ad induzione è largamente utilizzato nei processi di lavorazione dell’alluminio per pre-riscaldare le billette semilavorate prima della fase di estrusione. Per evitare fratture o fusioni locali durante l’estrusione è essenziale che la temperatura della billetta sia uniforme: su un valore tipico di 500°C è ammessa una variazione del ± 2.5%. Per i riscaldatori ad induzione in AC convenzionali, a causa dell’elevata conducibilità dell’alluminio, il rendimento è nell’ordine del 50-60%. Per incrementarne il valore è stata studiata una tecnica innovativa che consiste nel far ruotare la billetta, tramite un motore esterno, nel campo magnetico stazionario prodotto da un magnete in DC superconduttore: la f.e.m. indotta causa la circolazione di correnti nella billetta che, interagendo con il campo del magnete, generano una coppia frenante e dissipano potenza per effetto Joule. Poiché in regime stazionario le perdite nel superconduttore sono nulle, la potenza meccanica fornita dal motore si converte completamente in potenza termica ed il rendimento del processo coincide col rendimento del motore stesso, che nel range del MW supera il 90 %.

L’introduzione di un dispositivo di limitazione della corrente di corto circuito all’interno dei moderni sistemi elettrici costituisce un requisito essenziale per un esercizio sicuro e per aumentare efficacia e flessibilità. L’esperienza di esercizio dimostra quanto un corto circuito sia dannoso per tutti i componenti e per la funzionalità dell’intero sistema. I provvedimenti tradizionalmente adottati per limitare il livello delle correnti di corto (trasformatori con elevata reattanza interna, reattanze in aria connesse in serie, sezionamento delle reti) introducono perdite permanenti e limitano l’esercizio del sistema; ne consegue che lo sviluppo di un dispositivo capace di limitare la corrente di guasto senza condizionare il sistema durante il normale funzionamento risulta di particolare rilevanza. Tra i possibili dispositivi di limitazione, quelli che utilizzano i materiali superconduttori (SFCL - Superconducting Fault Current Limiter) presentano caratteristiche ideali: impedenza trascurabile in condizioni di normale funzionamento, rapida transizione passiva, e dunque affidabile, verso uno stato ad alta impedenza in condizioni di guasto. I superconduttori tradizionali disponibili commercialmente prima della scoperta dei Superconduttori ad Alta Temperatura critica (SAT) nel 1986, avendo temperature critiche (temperatura al di sopra della quale il materiale perde completamente le sue proprietà superconduttive) inferiori ai 20K, necessitano per il loro impiego di essere raffreddati a temperature prossime a quelle dell’elio liquido (punto di ebollizione Teb =4,2K); questo requisito legato al costo e alla complessità d’impiego dell’elio liquido ha per anni di fatto impedito lo sviluppo di componenti e dispositivi superconduttori per applicazioni nel settore elettrico di potenza. Dopo l’avvento dei SAT e quindi della possibilità di utilizzare l’azoto liquido come mezzo refrigerante (sostanza diffusissima, con punto di ebollizione Teb = -196°C o 77K e molto meno costoso dell’elio liquido) tutte le possibili applicazioni sono state rinvigorite ed in particolare sono stati compiuti numerosi studi volti a dimostrare la fattibilità e ad analizzare le principali caratteristiche di limitatori di corrente superconduttivi di varie tipologie e taglie.