فقدان طاقة أقل بنسبة 50% باستخدام كابل فائق التوصيل - حقيقة أم خيال؟

ألقي نظرة على المطالبة "الكابل فائق التوصيل: توفير حقيقي للطاقة بنسبة 50%؟" بسؤال أساسي واحد: 50% من ماذا؟ يمكن للكابل فائق التوصيل أن يقلل من فقدان الكابلات كثيرًا، لكن هذا لا يعني أن كل موقع سيخفض إجمالي استخدام الطاقة بمقدار النصف. يجب أن أفصل بين ثلاثة أشياء في ذهني: فقدان الخط، وطاقة التبريد، وفاتورة النظام بالكامل. إذا تحدث شخص ما عن توفير بنسبة 50%، فأنا أريد خط الأساس الدقيق والنطاق الدقيق. نقطة الألم بسيطة. تهدر خطوط النحاس أو الألومنيوم القديمة الطاقة على شكل حرارة. كما أنها تصل إلى حدود السعة عندما يستمر الطلب في الارتفاع. في المدن ذات الكثافة السكانية العالية، تكون المساحة ضيقة، لذا فإن مسار الكابل الأكبر ليس سهلاً دائمًا. ويحل الكابل فائق التوصيل جزءًا من هذه المشكلة لأنه يحمل تيارًا كبيرًا بمقاومة منخفضة جدًا عندما يظل في درجة حرارة التشغيل. هذه هي القيمة الرئيسية. إنه ليس سحراً. ولا تزال بحاجة إلى نظام تبريد يعتمد غالبًا على النيتروجين السائل، ويستخدم هذا التبريد الطاقة. أعتقد أن أقوى حالة للكابلات فائقة التوصيل موجودة في الأماكن التي تكون فيها المساحة نادرة والحمل ثقيل. ويعتبر مشروع AmpaCity في إيسن بألمانيا مثالاً جيدًا. قام الكابل بنقل قدر كبير من الطاقة عبر طريق حضري ضيق حيث يحتاج الخط العادي إلى مساحة أكبر. وقد أظهرت المشاريع التجريبية في نيويورك ومناطق أخرى نفس النمط. غالبًا ما تكون القيمة هي سعة أعلى في مساحة أقل، بالإضافة إلى فقدان أقل للخط. وهذا مفيد. كما أنه أكثر تحديدًا من الوعد الواسع النطاق مثل "توفير 50%". عندما أتحقق من مطالبة كهذه، أسأل عن خمسة أشياء: - ما هو نوع الكابل الأساسي؟ - هل الرقم يشمل قوة التبريد؟ - هل يتم قياس التوفير عند ذروة الحمل أم على مدار عام كامل؟ - هل يحسب المشروع صيانة أقل وأعمال خنادق أقل؟ - هل الرقم يتعلق بكابل واحد أو مغذي واحد أو الموقع بأكمله؟ تعتبر هذه الفحوصات مهمة لأن الاختبار المعملي القصير يمكن أن يبدو رائعًا بينما تبدو قصة الشبكة الكاملة أقل دراماتيكية. لقد رأيت هذا النمط في العديد من منتجات الطاقة. اختبار صغير يعطي عنوانا كبيرا. النظام الكامل يعطي نتيجة أكثر تواضعا، ولكن أكثر فائدة. وجهة نظري مباشرة. يمكن أن يؤدي الكابل فائق التوصيل إلى تقليل الخسارة بشكل كبير في المكان المناسب. يمكنه أيضًا تحرير المساحة وزيادة سعة الشبكة. سأستخدمه عندما يكون الحمل مرتفعًا، والطريق صعبًا، ويمكن للمشغل دعم خطة التبريد. لن أتعامل معها كإجابة عالمية. لن أقبل وعدًا بنسبة 50% بدون توازن كامل للقوة ونموذج تشغيل كامل. إذا كنت أكتب نسخة الإعلان لهذا الموضوع، فسأبقي الأمر صادقًا: يمكن للكابلات فائقة التوصيل أن توفر الطاقة في مسار الكابل، لكن النتيجة الكاملة تعتمد على المشروع. هذا هو نوع الرسالة التي يمكن للعملاء الوثوق بها.

عندما أنظر إلى الادعاء القائل "فقدان أقل للطاقة باستخدام الموصلات الفائقة"، أرى الحقيقة والضجيج معًا. الحقيقة بسيطة. يمكن للموصل الفائق أن يحمل تيارًا كهربائيًا بمقاومة قليلة جدًا عندما يتم تبريده إلى ما دون نقطة معينة. المقاومة الأقل تعني حرارة أقل من السلك نفسه. هذا الجزء حقيقي. يبدأ الضجيج عندما يتعامل الناس مع هذه الفكرة كحل لكل مشكلة في الطاقة. أنا لا أرى الأمر بهذه الطريقة. أرى أداة تعمل بشكل جيد في بعض الأماكن وتجلب حدودًا جديدة في أماكن أخرى. أنا أثق بالموصلات الفائقة في الوظائف التي تحتاج إلى تيار قوي، ومجالات مغناطيسية قوية، ومساحة ضيقة. تستخدم المستشفيات مغناطيسات فائقة التوصيل في ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي. يستخدم CERN مغناطيسًا فائق التوصيل في مصادم الهادرونات الكبير. وفي كلتا الحالتين، يحتاج النظام إلى قوة مغناطيسية قوية، وتساعد الموصلات الفائقة في إبقاء الخسائر منخفضة داخل المغناطيس. كما أظهرت تجارب شبكة المدينة نتائج واعدة. وفي أماكن مثل ألباني، نيويورك، قامت مقاطع الكابلات فائقة التوصيل بنقل الطاقة عبر مسار مدمج. يخبرني هذا النوع من الاختبارات أن الفكرة ليست مجرد خدعة معملية. الجزء الذي يفتقده الكثير من الناس يقع خارج السلك. غالبًا ما يحتاج الموصل الفائق إلى تبريد عميق. وهذا يضيف التكلفة والأجهزة واستخدام الطاقة وأعمال الخدمة. إذا كان إعداد التبريد كبيرًا أو غير مستقر، فقد يتقلص الكسب. ولا بد لي أيضًا من إلقاء نظرة على سعر المادة، وسهولة الإصلاح، والمدة التي يمكن للنظام أن يظل فيها دون مشاكل. لذلك أطرح بعض الأسئلة البسيطة قبل أن أسميها مناسبة: - هل يحتاج الإعداد إلى تيار مرتفع جدًا؟ - هل المساحة مهمة أكثر من التكلفة؟ - هل يمكن للموقع التعامل مع التبريد دون ضغوط؟ - هل هذا مخصص للمختبر أو المستشفى أو خط السكك الحديدية أو نقطة الشبكة التي لها حالة استخدام واضحة؟ - هل لا يزال المكسب منطقيًا بعد احتساب الصيانة؟ إذا كانت الإجابة بنعم بالنسبة لمعظم هذه الأسئلة، فإن الموصلات الفائقة يمكن أن تؤدي إلى انخفاض حقيقي في فقدان الطاقة. إذا لم يكن الأمر كذلك، فقد يكون النحاس أو الألومنيوم أكثر منطقية. فهي أسهل في التثبيت، وأسهل في الخدمة، وأسهل في التوسع. ولهذا السبب فإنني لا أقتنع بالادعاء الكبير بأن الموصلات الفائقة سوف تعمل على إصلاح كل هدر الطاقة. قد يكون السلك قريبًا من الكمال من ناحية ما، لكن النظام الكامل ليس كذلك. لا تزال حدود التبريد والتكلفة والخدمة والموقع تشكل النتيجة. وجهة نظري واضحة. يمكن للموصلات الفائقة تقليل فقدان الطاقة في المكان المناسب. إنها حقيقية ومفيدة وفي الخدمة بالفعل. كما أنها ليست حلاً سحريًا لكل شبكة، أو كل محرك، أو كل كابل. لذلك عندما أسمع هذا الادعاء، لا أسأل: هل هذا صحيح أم كاذب؟ أسأل: "صحيح لأي وظيفة، وبأي تكلفة، وتحت أي ظروف؟" هذا هو المكان الذي تعيش فيه الإجابة الحقيقية.

ما زلت أسمع نفس السؤال من مخططي الشبكات وأصحاب المصانع وفرق المدينة: هل يمكن للكابلات فائقة التوصيل تقليل فقدان الطاقة بمقدار النصف؟ إجابتي المختصرة هي: في بعض الأحيان يمكنهم ذلك، ولكن فقط في الوضع الصحيح. أقول ذلك لأن فقدان الطاقة ليس مشكلة واحدة. يمكن أن يفقد الكابل الطاقة بسبب المقاومة، والحرارة، والمسافة الطويلة، والتوجيه الضيق، وتوازن الحمل الضعيف، والمعدات القديمة المحيطة به. يمكن للكابلات فائقة التوصيل أن تحل جزءًا واحدًا جيدًا. إنهم لا يصلحون كل جزء من النظام. عندما يحمل كابل عادي تيارًا، فإنه يحول بعض الطاقة إلى حرارة. أستطيع أن أرى لماذا هذا يحبط الناس. يتم إرسال الكهرباء للخارج، وجزء منها لا يصل أبدًا إلى الحمل. وتصبح هذه الخسارة أكثر إيلاما في المدن المزدحمة، والطرق تحت الأرض، والمصانع ذات الطلب المرتفع، ونقاط الشبكة التي تعمل بالفعل بالقرب من الحد الأقصى. يعمل الكابل فائق التوصيل بطريقة مختلفة. وعندما يتم تبريده بدرجة كافية، تنخفض مقاومته إلى الصفر تقريبًا. وهذا يعني أن الكابل نفسه يمكنه نقل الكثير من التيار مع خسارة مقاومة قليلة جدًا. بالنسبة للطريق المزدحم والحار والذي يصعب توسيعه، يمكن أن يحدث هذا فرقًا كبيرًا. لقد رأيت أقوى حالة للكابلات فائقة التوصيل في الأماكن التي تكون فيها المساحة أكثر أهمية من المسافة الأولية. محطة فرعية للمدينة لا يمكن أن تنمو. طريق نفق لا يمكنه استيعاب موصلات أوسع. مصنع يحتاج إلى المزيد من الطاقة ولكن لا يمكن إغلاقه لإعادة بناء كبيرة. وصلة شبكية يجب أن تحمل حمولة ثقيلة عبر ممر ضيق. في تلك الحالات، يمكن أن يبدو المكسب قريبًا من الدراماتيكية. قد يقلل المشروع من فقدان الكابلات كثيرًا، وقد يقلل أيضًا من الحاجة إلى بنوك مجاري الهواء الجديدة، أو الخنادق الأكبر، أو حق المرور الإضافي. هذا هو المكان الذي تكمن فيه القيمة الحقيقية في كثير من الأحيان. ومع ذلك، فإنني لن أعد بـ "النصف" البسيط في كل حالة. هنا هو السبب. تحتاج الكابلات فائقة التوصيل إلى معدات تبريد. يستخدم نظام التبريد هذا الطاقة. كما يحتاج أيضًا إلى الصيانة والمراقبة والتصميم الدقيق. إذا كان حمل التبريد مرتفعًا جدًا، فسيتم تآكل بعض المكاسب. أعتقد أن هذا هو الجزء الذي يفتقده الكثير من الناس عندما ينظرون فقط إلى الكابل نفسه. تجلب أنظمة التيار المتردد مشكلة أخرى. حتى الكابلات فائقة التوصيل يمكن أن تواجه فقدان التيار المتردد بسبب التأثيرات المغناطيسية. عادة ما تكون هذه الخسائر أقل بكثير مما هي عليه في خطوط النحاس أو الألومنيوم، لكنها لا تختفي. تعتمد النتيجة على تصميم الكابل، وتيار التشغيل، ودرجة الحرارة، وحالة استخدام الشبكة الدقيقة. لذلك عندما يسألني شخص ما إذا كانت الكابلات فائقة التوصيل يمكنها تقليل فقد الطاقة بمقدار النصف، فإنني أطرح سؤالاً أفضل: ما نوع الخسارة التي نتحدث عنها؟ إذا كانت المقارنة عبارة عن كبل تقليدي طويل ومحمّل بشكل كبير، فنعم، يمكن أن يكون الانخفاض كبيرًا. إذا كانت المقارنة تشمل نظام التبريد الكامل، ومعدات التحويل، وظروف الموقع، فقد تكون الإجابة أقل دراماتيكية. إذا كانت الشبكة لديها خسارة منخفضة بالفعل، فقد يكون التغيير متواضعًا. ولهذا السبب أعتقد أن الطريقة الأكثر صدقًا للحكم على هذه التكنولوجيا هي من خلال حالة الاستخدام، وليس من خلال الشعار. أحب تقسيم القرار إلى بضع خطوات. تحقق من نقطة الألم الحالية. إذا كانت المشكلة الرئيسية هي الحرارة، أو التحميل الزائد، أو نقص المساحة، فقد يستحق الكابل فائق التوصيل نظرة فاحصة. التحقق من التكلفة الإجمالية للنظام. أنا لا أنظر أبدًا إلى سعر الكابل وحده. ألقي نظرة على التثبيت، والتبريد، وأدوات التحكم، والصيانة، ومخاطر انقطاع التيار الكهربائي، وقيمة المساحة المحفوظة. تحقق من نمط التشغيل. يتمتع الكابل الذي يعمل بالقرب من ذروة الحمل لعدة ساعات بحالة أقوى من الكابل الذي يتم تحميله بشكل خفيف. تحقق من حدود الموقع. غالبًا ما توفر المحطات الفرعية والأنفاق والمنشآت الصناعية في المناطق الحضرية كابلات فائقة التوصيل ملائمة بشكل أفضل من الممرات المفتوحة. تحقق من مسار الاستبدال. إذا كانت الترقية العادية ستؤدي إلى أعمال مدنية كبيرة، فقد يوفر الكابل الجديد مسارًا أنظف حتى لو لم يكن توفير الطاقة هو المكسب الوحيد. مثال من العالم الحقيقي يساعد هنا. وفي إيسن بألمانيا، تم استخدام مشروع كابل فائق التوصيل في بيئة شبكة المدينة حيث كانت المساحة ضيقة وكانت هناك حاجة إلى سعة إضافية. ولم تكن النقطة خسارة أقل فقط. وكان الهدف أيضًا هو نقل المزيد من الطاقة عبر طريق حضري ضيق دون بناء خط أكبر بكثير. أعتقد أن هذا المثال مهم لأنه يظهر القوة الحقيقية للتكنولوجيا. لا يتعلق الأمر فقط بتوفير واط. يتعلق الأمر بجعل طرق الطاقة الصعبة ممكنة. لدي نفس وجهة النظر عندما أنظر إلى المشاريع في اليابان والصين والولايات المتحدة. أظهرت الخطوط التجريبية أن الكابلات فائقة التوصيل يمكنها نقل تيار عالٍ في المساحات المدمجة. وهذا يجعلها مفيدة حيث يجب أن تنمو الشبكة ولكن لا يمكن أن تنمو الأرض. فهل يمكنهم خفض فقدان الطاقة إلى النصف؟ نعم، يمكن ذلك في بعض الأنظمة، وأحيانًا أكثر في قطاع الكابلات وحده. لا، هذا ليس وعدًا آمنًا لكل مشروع. وجهة نظري بسيطة: الكابلات فائقة التوصيل تكون مناسبة بشكل قوي عندما يجتمع الفقد والمساحة والحمل الزائد معًا في مكان واحد. وتكون أقل جاذبية عندما يتمكن الموقع من استخدام ترقية عادية للكابل بتكلفة منخفضة وقليل من التعطيل. إذا كنت أنصح صاحب مرفق أو مصنع، فلن أبدأ بمواد الكابلات. سأبدأ بنقطة الألم. إذا كانت المشكلة الحقيقية هي إهدار الطاقة، والمساحة الضيقة، ومسار الترقية الصعب، فقد يكون الكابل فائق التوصيل يستحق الدراسة الجادة. إذا كان النظام مرنًا والحمل خفيفًا، فقد يظل الكابل القياسي هو الخيار الأكثر ذكاءً. هذا هو الجواب الصادق الذي سأقدمه.

أسمع هذا الادعاء في كثير من الأحيان. يبدو الكابل ذو "خسارة أقل بنسبة 50%" بمثابة إجابة واضحة لارتفاع تكلفة الطاقة والحرارة وحدود المساحة. أنا أفهم لماذا يلاحظ الناس ذلك. يمكن أن تواجه أرضية المصنع، أو محطة فرعية في المدينة، أو غرفة مركز البيانات نفس الألم: حرارة شديدة، وسحب كبير جدًا في الخط، ومساحة صغيرة جدًا لمسار كابل أكبر. يمكن أن يكون الرقم حقيقيا. أنا لا أعامل ذلك على أنه وعد لكل موقع. في الكابلات فائقة التوصيل، ينخفض ​​الفقد عندما يظل الموصل أقل من درجة حرارته الحرجة ويحمل التيار في النطاق الصحيح. تعتمد النتيجة على تصميم الكابل وملف تعريف الحمل وطول الكابل والمفاصل ونظام التبريد. يمكن أن يُظهر خط الاختبار خسارة أقل بنسبة 50% تقريبًا من الكابل القياسي في نفس إعداد الاختبار. يمكن أن يهبط موقع مختلف فوق تلك العلامة أو أسفلها. بالنسبة لخدمة التيار المتردد، لا يزال المجال المغناطيسي حول الكابل مهمًا. وهذا هو أحد الأسباب التي تجعلني أطلب تقرير الاختبار الكامل، وليس خط مبيعات قصيرًا. عادةً ما أطرح خمسة أسئلة قبل أن أثق بالرقم: - ما هو الكابل الأساسي؟ - ما الحمل الذي اختبروه؟ - هل تمت المقارنة بنفس الطول والمسار؟ - هل حسبوا قوة التبريد؟ - ماذا حدث في المفاصل والإنهاءات؟ لقد رأيت هذا النوع من الكابلات يتناسب بشكل جيد مع شبكة المدينة الكثيفة. في أحد طياري المرافق، احتاج الفريق إلى مزيد من القوة في ممر ضيق أسفل الشارع. ساعد الرابط فائق التوصيل في نقل تلك الطاقة دون إضافة مسار جديد واسع. بقي مسار الكابل قصيرًا، وبقيت المساحة المطلوبة منخفضة، وبقيت الحرارة الصادرة عن الموصل تحت السيطرة. لا يزال يتعين على الفريق مراقبة محطة التبريد وبيانات الاستشعار والوصول إلى الخدمة. هذا الجزء لا يختفي أبدًا. الفجوة بين نتيجة المختبر والنظام المباشر هي المكان الذي يحترق فيه العديد من المشترين. قد يركز سطح المبيعات على فقدان الموصل وحده. أنا أنظر إلى فقدان النظام الكلي. وهذا يعني الكابل ووحدة التبريد ومعدات التحكم وخطة الخدمة. يمكن أن يفقد الكابل الذي يقلل من فقدان الخط ولكنه يحتاج إلى صيانة سيئة جزءًا من هذا الكسب. يمكن للكابل الذي يعمل بحمل ثابت أن يعمل بشكل أفضل. إذا اضطررت إلى الحكم على مشروع ما، فسأستخدم هذا الترتيب: - مطابقة الحمل الاختباري مع الحمل الخاص بي - مقارنة نفس المسافة والمسار - اسأل عن إجمالي استخدام الطاقة، وليس فقط فقدان الموصل - التحقق من بيانات وقت التشغيل من موقع مباشر - اسأل من الذي يتولى الخدمة وكيف تبدو الخطة الاحتياطية. هذا هو المكان الذي أرى فيه القيمة الحقيقية. تناسب الكابلات فائقة التوصيل الحالات التي تكون فيها المساحة ضيقة، والحمل مرتفع، وتستمر الحرارة في العودة. أنها لا تناسب كل سطر. أفضّل قضية واضحة على المطالبة الصاخبة. القراءة العادلة لـ "خسارة أقل بنسبة 50%" هي كما يلي: يمكن للكابل تقليل الخسارة كثيرًا في ظل الإعداد الصحيح، ولا يزال الموقع بحاجة إلى مراجعة كاملة قبل أن يتعامل معه أي شخص على أنه مناسب. عندما أتحدث مع المشتري، أستخدم قاعدة واحدة بسيطة. أنا لا أشتري الرقم وحدي أبدًا. أشتري الإعداد الكامل وبيانات الاختبار ومسار الخدمة. هذه هي الطريقة التي أميز بها الفرق بين العرض التوضيحي الجيد والكابل الذي يمكنه الاستمرار في العمل في الموقع. اتصل بنا اليوم لمعرفة المزيد Zhu Yihui: 13906131757@163.com/WhatsApp +8613906131757.

M. Noe and M. Steurer 2007 كابلات فائقة التوصيل ذات درجة حرارة عالية لنقل الطاقة الكهربائية W. Goldacker, B. Graber, TJMM van der Laan, and HP Krauth 2014 AmpaCity أول كابل فائق التوصيل في العالم في مركز المدينة M. Stemmle, B. Graber, and W. Goldacker 2016 أنظمة الكابلات فائقة التوصيل لشبكات الطاقة الحضرية T. Takeda, Y. Yoshida, and H. Maeda 2012 تطوير كابلات الطاقة فائقة التوصيل ذات درجة الحرارة العالية في اليابان AJ Moses and JA Webber 2010 متطلبات التبريد المبرد لتطبيقات الطاقة فائقة التوصيل S. Pamidi and S. Han 2018 فوائد نقل الطاقة باستخدام الكابلات فائقة التوصيل الحدود واعتبارات النظام