Разделы презентаций
- Разное
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Криогенные и сверхпроводящие электроэнергетические
Содержание
- 1. Криогенные и сверхпроводящие электроэнергетические
- 2. Прикладная сверхпроводимость – независимая техническая наука. Она
- 3. В 1962-63 г.г. предлагали фантастические модели,
- 4. Именно по этой причине прикладная сверхпроводимость не
- 5. Явление сверхпроводимостиНулевое сопротивление. (Значения сопротивления, измеренные по
- 6. Прикладная сверхпроводимостьСверхпроводящие обмоткиЛабораторные магнитыДиполи и квадруполи ускорителейМагниты
- 7. Сверхпроводящие обмоткиИспользуемые свойства сверхпроводников:1.Близкое к нулю сопротивление,2.Высокие
- 8. Способы получения постоянных
- 9. Затраты мощности при комнатной температурена криостатирование 100-200
- 10. Медные водоохлаждаемые магниты Чтобы отвести из
- 11. Сопоставим мощность Q рефрижераторов, компенсирующих теплоприток
- 12. Существует множество оптимистических оценок результатов применения сверхпроводящих
- 13. Большой адронный коллайдер (LHC) (2009)7 МДж в двух апертурахB=0.5-8.3 Тл
- 14. Слайд 14
- 15. Диполи LHCDipole length 15 mThe coils must
- 16. The incident on 19/10/08
- 17. 1 МДж1 м He3 РНЦ «Курчатовский институт» лето 1980 г.
- 18. Большой адронный коллайдер (LHC) (2009)Детектор «ATLAS»Детектор «CMS»
- 19. Первый в мире сверхпроводящий токамак Т-7РНЦ
- 20. Международный термоядерный экспериментальный реактор ИТЭР* Gamble (англ) - авантюра
- 21. Сверхпроводящие индуктивные накопители энергииСуществует множество видов накопителей
- 22. Желательно, чтобы СПИН не имел рассеянного поля,
- 23. Энергия накапливается внутри тороидаТОПОГРАФИЯ ПОЛЯ СПИН108
- 24. Рассеянные поля в ближайшей окрестности СПИН у
- 25. Слайд 25
- 26. Так может выглядеть СПИН энергоемкостью 28 ГВт.ч,
- 27. МР-томографыЗамкнутый(1-3 Тл) и открытый (0.3Тл) магниты МР-томографов
- 28. ТТ к магнитам МР томографов (для обеспечения
- 29. 37 МВт двигатель с ротором из ВТСП для эсминца США (2007)
- 30. ВТСП генератора мощностью 1МВА для ветроустановокВТСП электродвигатель
- 31. В 1985-2003 г.г. В НПО «Гранат» разработаны
- 32. Двухдисковый СПУГ (Электропитание собственных нужд)Мощность 10 МВт Длина
- 33. Поезд на СП магнитном подвесе на ЖД полигоне в Японии
- 34. Авианосец Ляонин (б.Варяг)Линейный двигатель для катапульты авианесущего крейсера ВарягРНЦ КИ и ХПИ (1990)
- 35. Между двумя встречно включенными неподвижными обмотками ,
- 36. Сверхпроводящие линии электропередачимогут сэкономить до 10% передаваемой
- 37. Измерение малых магнитных полейНТСП СКВИД Nb-Al2O3-Nb20 мкмСверхпроводящий квантовый интерферометр (СКВИД)
- 38. Рекомендуемая литература (основная)М. Уилсон. Сверхпроводящие магниты, М.,
- 39. Рекомендуемая литература (дополнительная)Шмидт
- 40. Скачать презентанцию
Прикладная сверхпроводимость – независимая техническая наука. Она имеет связи с физикой сверхпроводников, но не столь прочные, как принято думать.Для большинства физиков появление в 1961 г. материалов, способных нести большие объемные токи,
Слайды и текст этой презентации
Слайд 1Криогенные и сверхпроводящие электроэнергетические устройства
(000025237)
(прикладная сверхпроводимость)
Профессор Е.Ю.Клименко
Лекция 1
Слайд 2Прикладная сверхпроводимость – независимая техническая наука. Она имеет связи с
физикой сверхпроводников, но не столь прочные, как принято думать.
физиков появление в 1961 г. материалов, способных нести большие объемные токи, явилось неожиданностью. Теория сверхпроводимости имела дело только с поверхностными токами. Никаких подходов к объяснению поведения вновь появившихся материалов у физики не было. Мы оказались в положении натуралистов 17 века.
Слайд 3 В 1962-63 г.г. предлагали фантастические модели, чтобы объяснить результаты лавины
экспериментальных данных. Часть этих моделей оказалась плодотворной, но не исчерпывающей.
Другая часть была просто вздорной. Но все они живы до сих пор, как это не удивительно. Причина в том, что открывшаяся возможность перестать тратить 10% производимой электроэнергии на никому не нужный подогрев атмосферы вовлекла в прикладную сверхпроводимость тысячи специалистов и авантюристов. Такое «научно-техническое сообщество» оказывается «толпой» в социологическом смысле этого слова (энтузиазм, консерватизм в сочетании с неустойчивостью парадигм, готовность безоглядно идти за лидером в сочетании с готовностью предать его и пр.)
Слайд 4Именно по этой причине прикладная сверхпроводимость не достигла до сих
пор уровня развитой общепризнанной технической науки. Сверхпроводящие обмотки далеко
не всегда достигают проектных характеристик. Это препятствует коммерческим применениям прикладной сверхпроводимости. Сообщество смирилось с этой ситуацией.На самом деле понято, как построить адекватную прикладную сверхпроводимость независимо от традиционной науки о сверхпроводниках, но эту точку зрения пока разделяют лишь несколько специалистов.
Поэтому наш курс построен традиционно, чтобы вы могли общаться с «толпой» на понятном ей языке. По ходу курса я познакомлю вас с этим адекватным подходом.
Слайд 5Явление сверхпроводимости
Нулевое сопротивление. (Значения сопротивления, измеренные по затуханию тока в
сверхпроводящем кольце, не более 10-21 ом.см (E.W.Colligs), 10-23 ом.см (D.J.Quinn,
W.B.Ittner, 1962)).Идеальный диамагнетизм.
Квантование магнитного потока.
Туннелирование электронных пар.
Квантовая интерференция
Критические свойства технических сверхпроводников
Слайд 6Прикладная сверхпроводимость
Сверхпроводящие обмотки
Лабораторные магниты
Диполи и квадруполи ускорителей
Магниты детекторов
МР-томографы
Обмотки токамаков, стеллараторов,
других плазменных устройств
Трансформаторы
Электромоторы и электрогенераторы
Токоограничители
Магнитные экраны
Линии электропередачи
Болометры
Криотроны
ВЧ- устройства
Резонаторы,
Квантовые устройства
Фильтры
Измерители полей
и градиентовQ-биты
Нанопроволоки
Детекторы частиц
Слайд 7Сверхпроводящие обмотки
Используемые свойства сверхпроводников:
1.Близкое к нулю сопротивление,
2.Высокие критические поля сверхпроводников
II рода,
3. Высокая токонесущая способность сверхпроводников с сильным пиннингом в
высоких полях .Достигнутые значения постоянных полей:
23 Тл в лабораторном соленоиде
13 Тл в крупном соленоиде 0.6 м
45 Тл в гибридном магните
Слайд 8 Способы получения постоянных магнитных полей: 1. Постоянные магниты (1-2Тл) 2. Электромагниты
(до 3 Тл)
3. Медные магниты
4. Сверхпроводящие магниты
5. Гибридные магниты
Лабораторный электромагнит
До
3 Тл, 2.5 кВт«Lake Shore» США
Биттеровский магнит
30 Тл, 17 МВт
Лаборатория сильных магнитных полей в Ниймегене, Нидерланды
С П магнит УИС1 10 Тл
РНЦ «КИ»
Гибридный магнит КС-250
25 Тл, 5 МВт,
РНЦ«КИ», НИИЭФА, 1972
Слайд 9Затраты мощности при комнатной температуре
на криостатирование 100-200 Вт
V = 12554
см
Затраты мощности на получение такого же поля в таком же
соленоиде из меди:P=J²ρV = 6.276 MВт
Эффект использования сверхпроводящей обмотки
Ниобий-оловянный соленоид 15.02 Тл
Рабочая температура 4.2 К
РНЦ «КИ» 1985
Слайд 10Медные водоохлаждаемые магниты
Чтобы отвести из обмотки 6.3 МВт
при перепаде температур между обмоткой и водой 20 градусов, нужно
прогонять через нее 75 л/с дистиллированной воды.Для работы такого магнита требуется электрогенератор 6-10 МВт, теплообменная станция ( несколько кубометров дистиллированной воды, насосы, теплообменники)
20 кА, 300 В
Слайд 11Сопоставим мощность Q рефрижераторов, компенсирующих теплоприток к полной поверхности
НТСП-соленоида, и мощность W, расходуемую на генерацию того же поля
медной обмоткой той же формы и с той же плотностью тока.Обычно эффект от применения сверхпроводящих устройств рассчитывают как экономию мощности по сравнению с затратами в такой же обмотке, сделанной из меди
Слайд 12Существует множество оптимистических оценок результатов применения сверхпроводящих устройств.
HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTIVITY:THE
PRODUCTS AND THEIR BENEFITS
L. R. Lawrence, Jr., Ph.D., Craig Cox,
Jodi Hamrick,David Reed,Bob Lawrence & Associates, Inc. December 31, 2002
Однако их реализация переносится с одного десятилетия на другое.
Полагаю, что эффект будет достигнут не ранее, чем прикладная сверхпроводимость станет реальной технической наукой.
Оптимистические оценки с перспективой внедрения через 10-15 лет давались в 1974 г. см. «Сверхпроводящие машины и устройства» «Мир» М. 1977. По магнитам для научных исследований прогнозы сбываются, по промышленным применениям – увы!
Слайд 15Диполи LHC
Dipole length 15 m
The coils must be aligned very
precisely to ensure a good field quality
(i.e. ‘pure’ dipole)
Слайд 19Первый в мире сверхпроводящий токамак Т-7
РНЦ «КИ» 1985
РНЦ
«КИ» 1978
Первый в мире токамак
с ниобий-оловянной обмоткой Т-15
Слайд 21Сверхпроводящие индуктивные накопители энергии
Существует множество видов накопителей (аккумуляторы, конденсаторы, маховики,
ГАЭС и пр.)
Преимущества СПИН:
Высокий КПД (95-98%).
Высокое быстродействие.
Отсутствие выбросов, шумов, возможность
компенсации рассеянных магнитных полей (отсутствие нежелательных взаимодействий с внешними устройствами).Длительный срок службы (30 и более лет).
Отсутствие специальных требований к месту размещения.
Наилучшие весогабаритные показатели при высоких уровнях энергоемкости.
Энергия накапливается в магнитном поле, создаваемом сверхпроводящей обмоткой.
Слайд 22Желательно, чтобы СПИН не имел рассеянного поля, существует много вариантов таких
обмоток
Среди них наилучший вариант : «компактный тор»:
Однородная плотность энергии внутри
Практическое
отсутствие поля снаружиМинимальные габариты
Общий вид компактного тора
М едианное сечение компактного тора
Слайд 24Рассеянные поля в ближайшей окрестности СПИН у тороида меньше на
три-четыре порядка, чем у соленоида
СОПОСТАВЛЕНИЕ СПИН
СОЛЕНОИД / КОМПАКТНЫЙ ТОР
Слайд 26Так может выглядеть СПИН энергоемкостью 28 ГВт.ч, способный сгладить суточные
колебания спроса на энергию в крупной энергетической системе
Слайд 27МР-томографы
Замкнутый(1-3 Тл) и открытый (0.3Тл) магниты МР-томографов с Nb-Ti обмотками
(Tc = 9K) . В мире работают тысячи таких устройств
Слайд 28ТТ к магнитам МР томографов
(для обеспечения качества изображения)
Однородность поля в
объеме объекта лучше 10 ppm
обеспечивается формой обмотки магнита
Слайд 30ВТСП генератора мощностью 1МВА для ветроустановок
ВТСП электродвигатель мощностью 200 кВт
для транспорта
ВТСП КНЭ 5 МДж
ВТСП генератор мощностью 960 кВА
для
морских судовОпыт разработки ВТСП устройств на к.310
Слайд 31В 1985-2003 г.г. В НПО «Гранат» разработаны и изготовлены ~10
ударных униполярных генераторов и зарядных устройств с железным магнитопроводом
Максимальные параметры
различных устройств:Энергоемкость до 200 МДж
Мощность до 200 МВт
Ток до 1 МА
Напряжение до 250 В
Удельная мощность до 45 МДж/т
Удельная энергоемкость до 200 МДж/т
Устройства применялись на полигоне «Радуга» и др.
Слайд 32Двухдисковый СПУГ
(Электропитание собственных нужд)
Мощность 10 МВт Длина 1.2 м
Скорость
вращения 6000 об/мин Диаметр 1.7 м
Напряжение 500 В Масса 5 т
КПД
0.99 Мощность криокулера 5 Вт при 4.2 КЧисло витков в обмотке 2278 Длина НО провода 6788 м
Ток в обмотке 9.5 кА
Слайд 34Авианосец Ляонин (б.Варяг)
Линейный двигатель для катапульты авианесущего крейсера Варяг
РНЦ КИ
и ХПИ (1990)
Слайд 35Между двумя встречно включенными неподвижными обмотками , создающими радиальное поле,
находится подвижная обмотка, передающая на образец, действующую на нее силу
F=I×B LГенераторы силы
Взаимодействие сверхпроводящих обмоток позволяет генерировать большие силы в небольших объемах
Эталон силы 100 кН
Слайд 36Сверхпроводящие линии электропередачи
могут сэкономить до 10% передаваемой энергии, которая сейчас
теряется на нагрев проводов.
ВТСП ЛЭП позволяют ввести на порядок большую
мощность, чем обычные кабели через кабельный канал того же размера. Об экономике СЛЭП пока сведений нет.3-фазный ВТСП кабель (1.5 кА, 20 кВ) ОАО «ВНИИКП» РФ
Слайд 37Измерение малых магнитных полей
НТСП СКВИД Nb-Al2O3-Nb
20 мкм
Сверхпроводящий квантовый интерферометр
(СКВИД)
Слайд 38Рекомендуемая литература
(основная)
М. Уилсон. Сверхпроводящие магниты, М., Мир, 1985.
Бертинов А.И. и
др. Сверхпроводниковые электрические машины и магнитные системы. Учебное пособие. Москва,
МАИ, 1993.3. Алиевский Б.Л. и др. Специальные электрические машины. Учебное пособие. Т. 1 и 2. Энергоатомиздат, 1993ю
4. Л.К. Ковалев, К.Л. Ковалев и др. Электромеханические преобразователи на основе массивных высокотемпературных сверхпроводников. – М.:Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2008, -400 с.
5. Л.К. Ковалев, К.Л. Ковалев и др. Электрические машины и устройства на основе массивных высокотемпературных сверхпроводников. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010, -396 с.
Слайд 39Рекомендуемая литература
(дополнительная)
Шмидт В.В. Введение в физику
сверхпроводников. М., Наука, 1982, 220 с.
2. Глебов Н.А. и др.
Электрофизические проблемы использования сверхпроводимости. М., Наука, 1980.3. Фонер С. и Шварц В. Сверхпроводящие машины и устройства. М., Мир, 1977.
4. БрехнаТ. Сверхпроводящие магнитные системы. М., Мир, 1976.
5. Физические свойства высокотемпературных сверхпроводников. Под редакцией Д.М. Гинзберга. М., Мир, 1990.
