Redes de Transmisión Superconductoras

Nesta entrada do blogue, unha das maiores expertas mundiais en supercondutividade dános a súa visión sobre os desenvolvementos nos que traballa e como estes son aplicables no futuro da transmisión de electricidade sen perdas. Algúns destes desenvolvementos poderían permitir por exemplo conducir a electricidade a grandísimas distancias. Concretamente fálanos dalgúns dos desenvolvementos realizados para o que é actualmente o maior acelerador de partículas do mundo, o Gran Colisionador de Hadrones (Large Hadron Collider ou LHC), un acelerador circular cun perímetro de 27km emprazado no subsolo entre Francia e Suíza. Os aceleradores requiren superconductores para conducir as elevadas correntes dos imáns que crean campos magnéticos de gran intensidade con obxecto de curvar a traxectoria das partículas que viaxan polo seu interior a velocidades próximas á da luz. Por iso, ninguén mellor que a Responsable de Superconductores e de Dispositivos de Superconducción no CERN para explicarnos os últimos avances e a súa posible aplicación ao campo da transmisión de electricidade.

No marco do proxecto do Gran Colisionador de Hadrones de Alta Luminosidade (High Luminosity-LHC), o CERN desenvolveu un novo sistema de transmisión eléctrica superconductora. Tras o éxito da proba inicial cun demostrador de 2×20.000 Amperios, está a construírse un prototipo de 60 metros de lonxitude de 110.000 Amperios. Durante a proba do modelo, conseguiuse un récord mundial ao facer pasar unha corrente de 20.000 Amperios a unha temperatura de 24 Kelvin (-249º Celsius) a través de dous cables de 20 metros de lonxitude fabricados de múltiples filamentos superconductores de dibórido de magnesio (MgB2) [ver Ref. 1]. Este superconductor é potencialmente moi barato, foi descuberto en 2001, e presenta unha temperatura crítica de 39 K, o que o converte nunha solución atractiva para a transmisión eléctrica a longa distancia.

Nun principio, o condutor de po en tubo fabricouse en forma de cinta xa que os filamentos de alto rendemento con boas propiedades mecánicas, que son os máis adecuados para unir cables de alta corrente, non estaban dispoñibles cando comezou o proxecto do CERN. Foi necesario desenvolver cables de calidade, que tivesen unha elevada densidade de corrente, propiedades superconductoras uniformes en lonxitudes longas e boas propiedades mecánicas adaptadas ao proxecto. Isto logrouse grazas a unha colaboración estreita entre o CERN e a empresa ASG Superconductors, que fabricaron as sucesivas xeracións de cables con diferentes arquitecturas e melloras de rendemento. En paralelo, nunha segunda fase co cable xa industrializado, o CERN desenvolveu os cables de alta corrente e o sistema de liñas de transmisión, así como as conexións de baixa resistencia cara aos superconductores de baixa temperatura (Low Temperature Superconductors ou LTS) de Nb-Ti e os de alta temperatura (High Temperature Superconductors ou HTS) de ReBCO, necesarias para a súa implementación. O dibórido de magnesio adáptase perfectamente a aplicacións de transmisión eléctrica, xa que nelas os campos magnéticos son relativamente baixos (raramente superando 1 Tesla, equivalente a unhas 10.000 veces o campo magnético terrestre) en comparación cos de aplicacións como os aceleradores de partículas, onde traballan en ocasións preto dos 10 Teslas.

Con respecto ao emprego de cables de dibórido de magnesio no LHC, a súa utilidade reside en afastar as fontes de alimentación de electrónica de potencia que inxectan a corrente nos imáns superconductores que constitúen os sistemas de enfoque do fai de partículas. Un estudo realizado en 2009 confirmou que as liñas de transmisión eléctricas baseadas no uso de MgB2 serían unha tecnoloxía viable e económica, o que proporcionaría varias vantaxes respecto a os cables convencionais LTS de Nb-Ti usados hoxe en día. As vantaxes veñen dadas ao poder operar a 20-25 Kelvin (no canto da 4,5 Kelvin) e inclúen o aumento da estabilidade do superconductor, a redución do consumo eléctrico do sistema de frío crioxénico e a simplificación do criostato. No proxecto do CERN, os condutores de dibórido de magnesio arrefríanse con Helio gas, xa que está dispoñible no LHC, pero a temperatura de operación deste superconductor fai que tamén o uso de hidróxeno líquido sexa factible.

As probas de demostración supuxeron grandes pasos no desenvolvemento de sistemas de transmisión eléctrica baseados no uso de dibórido de magnesio (MgB2). Máis aló da iniciativa do CERN, a tecnoloxía superconductora usando MgB2 tamén foi proposta polo Profesor Carlo Rubbia, director científico de o Institute for Advance Sustainability Studies (IASS) en Postdam (Alemaña), para o seu uso nunha innovadora rede de transmisión superconductora que levase “enerxía verde” a longas distancias. Nel proponse o uso de cables superconductores de MgB2 arrefriados con hidróxeno líquido en liñas de transmisión de electricidade subterráneas con estacións de arrefriado criogénicas repartidas periodicamente. En marzo de 2012, asinouse un acordo de colaboración entre o CERN e o IASS co obxectivo de demostrar a viabilidade da tecnoloxía. A finalidade era probar unha liña de Corrente Continua de 2×20.000 Amperios operada a 20 Kelvin (-253º Celsius), cuxos requisitos eléctricos estaban preto dos que o CERN tiña para as liñas de alimentación dos seus imáns. O resultado das probas realizadas é a demostración de que este tipo de cables de alta corrente poden ser operados a unha temperatura superior aos 20 Kelvin, quedando a viabilidade da tecnoloxía probada [ver Ref. 2].

Texto orixinal en inglés: ver