.jpg)
Academia Română a fost creată în 1866 pentru a cristaliza cele mai înalte valori intelectuale din provinciile românești într-o societate erudită menită să consolideze identitatea națională pe baza a patru componente esențiale: limbă și literatură, istorie, etnografie și cultură. La...
Aplicaţii industriale ale supraconductorilor în ingineria electrică – o marcă ICPE-CA
Creşterea eficienţei sistemelor şi a facilitaţilor electrotehnice utilizate în producerea, conversia şi transmiterea energiei electrice, joacă un rol important în realizarea obiectivelor specifice domeniului. Cererea crescândă de energie, datorită creşterii şi multiplicării nevoilor societăţii, implică găsirea de soluţii alternative de producere (vezi utilizarea energiei eoliene, a valurilor şi a soarelui), cât şi de perfecţionare a celor existente. În acest context, utilizarea supraconductibilităţii în etapele de producere, transport şi consum a energiei electrice, s-a dovedit a fi o soluţie pentru maximizarea eficienţei acestor procese. 
Un aport deosebit la realizarea de aplicaţii care să depăşească stadiul de laborator şi să devină operabile la scară industrială, l-a avut descoperirea supraconductorilor de „înaltă temperatură“ prescurtat HTS (High Temperature Superconductor), în anul 1986. Aceşti supraconductori au temperatura de tranziţie relativ ridicată: 110K pentru materialul compozit denumit prescurtat BSCCO, respectiv 92K pentru materialul denumit YBCO. Aceste două tipuri de materiale s-au dovedit a fi şi utilizabile în aplicaţii practice chiar la temperatura azotului lichid (77K), constituind baza dezvoltării aplicaţiilor la scară industrială: electromagneţi generatori de câmpuri magnetice intense şi foarte intense (100T), motoare şi generatoare supraconductoare, cabluri supraconductoare pentru transmisia fără pierderi a energiei electrice, transformatoare şi limitatoare de curent de asemenea supraconductoare, pentru a enumera doar câteva.
Un alt material supraconductor promiţător pentru aplicaţii la scară industrială este MgB2, care, deşi are o temperatură critică mai joasă (39K), se obţine la un preţ mult mai mic decât cele prezentate anterior şi din acest motiv este intens studiat ca tehnologie de realizare sub formă de conductori utilizabili în aplicaţii de inginerie electrică.
Aplicaţiile generale ale acestor supraconductori nu se limitează doar la zona ingineriei electrice, ci sunt extinse şi în domeniul medical, la realizarea sistemelor moderne de imagistică medicală (MRI şi NMR), în zona transporturilor la realizarea de trenuri de mare viteză (MAGLEV) prin utilizarea levitaţiei magnetice şi, nu în ultimul rând, la realizarea de aplicaţii în electronică de putere şi a senzorilor speciali de înaltă sensibilitate.
• Realizarea supraconductorilor HTS de generaţia a 2-a, sub formă de fire şi benzi de lungimi mari (zeci de km), a permis realizarea de bobine supraconductoare în diverse forme şi dimensiuni pentru electromagneţii destinaţi acceleratoarelor de particule sau pentru realizarea de maşini electrice supraconductoare (motoare, generatoare şi transformatoare).
• Întrucât tehnologia de realizare a supraconductorilor HTS nu este facilă, la nivel mondial numărul producătorilor este destul de redus, producătoare fiind doar câteva ţări: Japonia, SUA, China, Germania şi mai nou Rusia.
Preţul acestor materiale HTS este încă ridicat (comparativ cu al cuprului), dar perspectivele de dezvoltare sunt uriaşe, ceea ce face ca speranţele de scădere a preţului în viitorul apropiat să fie tot mai ridicate.
Interesul în privinţa aplicaţiilor în zona ingineriei electrice este imens datorită avantajelor majore obţinute: performanțe net superioare, comparativ cu cele realizate convenţional, dimensiuni şi masă mult reduse (cu circa 60%) la puteri echivalente obţinute, iar pierderile sunt aproape de zero.
Putem enumera aici principalele aplicaţii la scară industrială în ingineria electrică, la care se lucrează intensiv în mai multe ţări (SUA, Japonia, Germania, Coreea de Sud, China şi Rusia):
► realizarea de motoare şi generatoare supraconductoare: motoare cu puteri de ordinul MW pentru nave maritime şi submarine sau de uz industrial sunt deja în funcţiune; generatoare eoliene supraconductoare cu puteri instalate de ordinul MW sunt realizate sau în curs de finalizare;
► limitatoare supraconductoare de curent;
► transformatoare supraconductoare de curent;
► linii de transport a energiei electrice;
► electromagneţi supraconductori generatori de câmpuri magnetice intense pentru: acceleratoare de particule, stocarea magnetică a energiei, în industrie (cuptoare inductoare supraconductoare şi separatoare magnetice supraconductoare) şi chiar medicină (imagistică medicală - RMN şi tomografie).
Realizarea de motoare şi generatoare electrice supraconductoare constituie o preocupare constantă a ICPE-CA în ultimii ani. Astfel, primul prototip de motor electric supraconductor sincron a fost finalizat şi testat cu succes în anul 2011, rod al programului de cercetare naţional PN II/2008. Prototipul a fost expus atât la expoziţia internaţională de la Hanovra, Germania, în anul 2011, cât şi la Expoziţia Cercetării Româneşti din Bucureşti (TIB 2011 şi 2012). În fig. 1 este prezentat acest prototip.
Generatorul electric supraconductor (fig. 2) realizat de ICPE-CA în stadiul de prototip este conceput într-o variantă cu stator realizat din înfăşurări supraconductoare HTS, iar rotorul este cu magneţi permanenţi de tip NdFeB. Acest prototip a fost realizat în cadrul programului Nucleu/2012. Gândit pentru a putea fi folosit ca un generator eolian cu performanţe superioare, a fost proiectat să lucreze la turaţii reduse. 
O altă direcţie dezvoltată de Laboratorul de Supraconductibilitate şi Criogenie din ICPE-CA este cea a realizării electromagneţilor supraconductori generatori de câmpuri magnetice intense (>2T) pentru acceleratoare de particule şi aplicaţii de fizică nucleară. Astfel au fost realizate modele experimentale şi prototipuri atât de electromagneţi HTS de tip dipolar, cât şi de tip cvadripolar, în cadrul Programului Nucleu (2012-2015). Aceşti electromagneţi supraconductori au fost realizaţi pe baza unor soluţii constructive originale, care se regăsesc în cererile de brevete naţionale solicitate în perioada respectivă. Totodată, aceste realizări au fost apreciate la diverse târguri naţionale şi internaţionale de inventică, prin câştigarea de premii şi medalii de aur şi argint: Eureka - Bruxelles, Geneva, Pro Invent- România etc.
Ca urmare a colaborării strânse cu Institute Internaţionale, printre care şi Institutul Unificat de Cercetări Nucleare de la Dubna, Rusia, au fost dezvoltate aplicaţii avansate pentru realizarea unor generatoare de câmp magnetic intens (4T) şi uniformitate de 10-4 într-un volum de 113 cm3 , utilizând tehnologia HTS deja dezvoltată în ICPE-CA. (fig. 3)
În cadrul unei alte colaborări cu Institutul menţionat, a fost finalizată şi transferată tehnologia de realizare planară şi cilindrică a bobinelor supraconductoare de tip NbTi (fig. 4), tehnologie aplicată la realizarea magneţilor supraconductori corectori de tip dipol, cuadripol şi sextupol care vor intra în componenţa acceleratorului de particule NICA din IUCN-Dubna, aflat în construcţie, la care ICPE-CA îşi aduce astfel contribuţia. Aceasta realizare a fost apreciată de Asociaţia Inginerilor din România şi premiată cu premiul AGIR/2015.
Din cele prezentate se pot evidenţia eforturile depuse în ultimii ani de către Laboratorul de Aplicaţii ale Supraconductibilității şi Criogenie în Ingineria Electrică, pentru realizarea de aplicaţii utile atât pentru necesităţile cercetării ştiinţifice (generatoare de câmp magnetic intens), cât şi pentru industrie (motoare, generatoare, etc).
Desigur că realizarea aplicaţiilor la scară industrială necesită continuarea eforturilor de cercetare-dezvoltare prin realizarea unor viitoare prototipuri care să răspundă unor necesităţi bine specificate la nivel industrial (de exemplu, puteri de ordinul MW).
În utimii zece ani progresele înregistrate în tehnologia obţinerii noilor materiale supraconductoare a permis ca majoritatea realizărilor ingineriei electrice clasice (bazată pe utilizarea cuprului) să fie depăşite ca performanțe, prin utilizarea supraconductorilor HTS şi a criogeniei. Astfel, o tehnologie ce părea că nu poate depăşi etapa utilizării în laboratoare de specialitate sa reușit să păşească ferm în spaţiul industrial, contribuind astfel nu numai la obţinerea de economii energetice uriaşe la scară planetară, dar şi la obţinerea unor performanţe de neconceput în afară supraconductibilităţii.
O contribuţie importantă la acest progres l-a avut însă şi realizarea crioracitoarelor cu ciclu închis (de tip Gifford McMahon sau de tip Pulse-tube), care au permis obţinerea temperaturilor criogenice (4.2-70K) fără a mai fi necesară utilizarea agenţilor criogenici (heliu lichid, azot lichid, et.). Obţinerea temperaturilor joase pentru asigurarea regimului termic de funcţionare a supraconductorilor HTS a fost astfel mult simplificată, deschizând larg câmpul aplicaţiilor industriale ale supraconductorilor HTS. Se pare că viitorul va fi supraconductor!
Parerea ta conteaza: 
Asemanator
Tranziția verde, posibilă prin echilibrul între cercetarea academică și inginerească- Fațetele multiple ale Inteligenței Artificiale
- IMNR, pe drumul creării unui grup de excelență în domeniul aliajelor cu entropie înaltă
- ICECHIM București – 20 de ani de istorie modernă
- Un plan, un plan, regatul meu pentru un plan!
- UMF „Iuliu Hațieganu”, în topul inovării academice: aproape 14 milioane de euro din PNRR pentru dezvoltarea infrastructurii universitare
