Где находится самый длинный сверхпроводящий кабель?

Сверхпроводимость открыта более ста лет назад. Самый длинный в мире сверхпроводящий кабель соединяет две трансформаторных подстанции в городе Эссене, Германия. Его протяженность около одного километра, он выполнен из сверхпроводящего материала и специальной керамики. Кабель способен транспортировать в пять раз больше энергии, чем медный, и рассчитан на передачу мощности 40 мегаватт.

Сверхпроводимость открыл в 1911 году голландский физик Хейке Камерлинг. Это замечательное физическое явление позволяет передавать электроэнергию на любые расстояния практически без потерь. В одном из экспериментов индуцированный в замкнутом проводнике электрический ток не затухал в течение 2,5 лет. Тёк бы себе и дальше, да помешала забастовка рабочих, обеспечивавших подвоз криогенной жидкости, необходимой для поддержания требуемых условий.

Казалось бы, давно пора широко внедрять изобретение начала прошлого века. Но, к сожалению, не всё так просто, как хотелось бы. Сверхпроводимостью обладают далеко не все материалы, кроме того, она невозможна без крайне низких температур. Тем не менее при определённых условиях сверхпроводники могут быть эффективны в коммерческом отношении уже сегодня.

Самый длинный в мире сверхпроводящий кабель официально введён в эксплуатацию в Германии. «Суперпроводник» длиной около одного километра соединил две трансформаторные подстанции в центре города Эссен весной 2014 года.

Событие ознаменовало начало практического теста, ориентированного на перестройку в будущем всей городской энергосистемы. Преимущества сверхпроводника очевидны. В сравнении с обычными кабелями, он обладает значительно большей эффективностью и компактными размерами.

Научным партнёром проекта AmpaCity выступил Технологический институт Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology, KIT). Исследователи всесторонне изучили техническую и экономическую целесообразность сверхпроводящих городских энергетических сетей и поддерживают работу кабеля. Вывод учёных: высокотемпературные сверхпроводящие энергетические кабели готовы к коммерциализации.

В бытовом понимании высокотемпературная сверхпроводимость мало отличается от низкотемпературной. Запредельно низкие температуры необходимы для одной и для другой. Но если «обычные» сверхпроводники проявляют свои свойства примерно при температуре жидкого гелия -287 градусов Цельсия, то сверхпроводимость возможна уже при температуре кипения азота -196 градусов. В физическом и экономическом аспектах разница огромна.

Первое соединение, обладающее свойствами высокотемпературной сверхпроводимости, открыто в 1986 году. Авторы открытия — Карл Мюллер и Георг Беднорц — были удостоены за свою работу Нобелевской премии.

Потребовалось около 30 лет, чтобы высокотемпературные сверхпроводники прошли путь от идеи, удостоенной Нобелевской премии, до промышленного приложения. Исследователям удалось найти наиболее подходящие материалы, чтобы создать кабель повышенной механической прочности и минимизировать потери электрического тока.

Трёхфазный концентрический кабель проекта AmpaCity напряжением 10 киловольт рассчитан на передачу мощности 40 мегаватт. По сравнению с медным кабелем такого же размера сверхпроводник может транспортировать в пять раз больше энергии.

Кабель состоит из сверхпроводящего материала и специальной керамики и находится внутри толстого защитного кожуха, внутри которого поддерживается температура минус 200 градусов Цельсия. Благодаря идеальным свойствам, сверхпроводящий кабель напряжением 10000 вольт заменяет обычную линию 100000 вольт.

На сегодняшний день сверхпроводящие кабели являются наиболее разумной альтернативой высоковольтным линиям в городских распределительных сетях. Внедрение сверхпроводников сокращает потери энергии, упрощает инфраструктуру и позволяет отказаться от большого числа трансформаторных подстанций, высвобождая городскую землю и ресурсы.

Окончательно решение о полной модернизации электросетей будет принято в Эссене по окончании двухлетнего периода опытной эксплуатации сверхпроводящего кабеля.