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Materiais Supercondutores

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Apresentação em tema: "Materiais Supercondutores"— Transcrição da apresentação:

1 Materiais Supercondutores
para Aplicações em Equipamentos e Dispositivos Elétricos Alexander Polasek [ Slide de Abertura ] No Slide de Abertura encontram-se a assinatura completa do CEPEL, o título principal e o(s) autor(es) da apresentação. O Título deve ser em branco, alinhado a direita, preferencialmente no corpo 22. O corpo pode variar, conforme a necessidade. Para o autor, deve ser utilizado o estilo apresentado acima, corpo 18, vazado branco, alinhado a esquerda. Utilizar corpo 10, caixa alta, vazado branco, para identificação das empresas dos autores. CEPEL – Centro de Pesquisas de Energia Elétrica Departamento de Tecnologias Especiais Rio de Janeiro - RJ

2 Resistência elétrica nula Repulsão de campos magéticos
Supercondutividade Ímã permanente Supercondutor Resistência elétrica nula Repulsão de campos magéticos

3 Temperatura Crítica de Transição (Tc)
Evolução da Temperatura Crítica de Transição (Tc) Nitrogênio líquido (barato) 1910 1930 1950 1970 1990 Hg-Ba2Ca2Cu2O8-X 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 TI-Ba-Ca-Cu-O Bi-Sr-Ca-Cu-O YBa2Cu3O7-X La-Sr-Cu-O La-Ba-Cu-O Nb3Ge Hg NbN Tc(K) Hélio líquido (caro)

4 Supercondutores de Alta Temperatura
Bednorz e Müller - Prêmio Nobel de 1987 IBM - Suíça

5 Cobre X Fitas Supercondutoras
J = 200 A / mm2 J = 2 A / mm2

6 Aplicações no setor elétrico
International Superconductivity Industry Summit (ISIS) Aplicações no setor elétrico ISIS-10, Santa Fe, USA, 2002

7 Aplicações no Setor Elétrico
Vantagens para o Setor Elétrico e para o Meio Ambiente: maior eficiência energética redução de tamanho e peso dos equipamentos transformadores sem óleos isolantes 2010 2015 2020 2025 2030 Motores e Geradores Armazenadores de Energia Limitadores De Corrente Transmissão Cabos Stephen A. Gourlay IEEE Council on Superconductivity

8 Cabos Supercondutores
Transportam 5-10 vezes mais corrente do que cabos convencionais: aumentam a oferta em linhas congestionadas, sem a necessidade de ampliar ou construir galerias subterrâneas Albany Nova York

9 Rede Elétrica de Manhattan
Cabos Supercondutores Secure Super Grid Rede Elétrica de Manhattan

10 Motores e Geradores Supercondutores
geradores eólicos, motores de propulsão para navios, motores de alta velocidade acoplados a turbinas a gás, etc. eficiência > 96% redução de tamanho e peso: SUMITOMO (2005): 10 % do volume e 20 % do peso de um motor convencional ! Motor de propulsão de 36 MW (em desenvolvimento) Alstom / American Superconductor / Marinha Norte-Americana

11 Armazenamento de Energia
SMES (Superconducting Magnetic Storage System) armazenam energia no campo magnético de uma bobina supercondutora quando necessário, descarregam energia aumentando a estabilidade do sistema podem armazenar de MW’s a GW’s American Superconductor forneceu sete unidades SMES para a rede elétrica de Wisconsin: - unidades móveis - trailers - cada unidade é capaz de prover : 3 MW durante 1 s

12 Limitadores de Corrente de Curto-Circuito
Limitam picos de corrente com grande rapidez – evitam danos e prejuízos em subestações - transição entre o estado supercondutor e o normal Teste de limitador supercondutor MVA (ABB-Suíça)

13 ACCEL e NEXANS - Alemanha Instalado em uma subestação desde 2004
Limitador 10kV / 10 MVA Instalado em uma subestação desde 2004

14 CEPEL Laboratório de Supercondutividade
Projetos em andamento: desenvolvimento de protótipo de limitador de corrente de curto-circuito processamento e caracterização de materiais supercondutores

15 CEPEL Laboratório de Supercondutividade
I = 11 kA Sem limitador de corrente Com limitador de corrente I = 5 kA t = 16 ms

16 Evolução da densidade de corrente crítica
P&D de fitas supercondutoras no CEPEL Evolução da densidade de corrente crítica Fita supercondutora produzida no CEPEL

17 P&D de blocos supercondutores no CEPEL
Tc = 92 K Corrente crítica (Ic) x Temperatura de processamento Medição da temperatura crítica (Tc)

18 Conclusões Equipamentos e dispositivos supercondutores podem atender à crescente demanda por eficiência, estabilidade e confiabilidade do sistema elétrico Comercialização em Mercado potencial de dezenas de bilhões de dólares / ano O desenvolvimento e a implementação de equipamentos e dispositivos supercondutores no Brasil exige maior integração entre centros de pesquisa, universidades, indústrias e empresas do setor elétrico

19 Materiais Supercondutores Fita de 1a geração produzida no CEPEL
Bulk Fita de 1a geração produzida no CEPEL Bi2Sr2Ca2Cu3Ox (Bi-2223) Fita de 2a geração Y-Ba-Cu-O (YBCO)

20

21 Custo/Benefício de fitas supercondutoras
Fitas: 1a Geração (Bi-2223) x 2a Geração (YBCO) Tsukamoto, Supercond. Sci Technol., 2004 Meta de custo/benefício do DOE / EUA – 10 US$ / kA.m

22 Corrente crítica (Ic) do módulo limitador ~ 280A, 77K (1mV/cm)
Testes de elemento supercondutor NEXANS no CEPEL Corrente crítica (Ic) do módulo limitador ~ 280A, 77K (1mV/cm)

23 Limitadores de Corrente
Supercondutores Limitadores de até 15kV/18 MVA já foram demonstrados com sucesso limitadores para transmissão (138kV) encontram-se em desenvolvimento Limitador Resistivo

24 Projeto CURL 10 Limitador 10kV / 10 MVA
2004 – ACCEL / NEXANS – Alemanha Testado em campo com sucesso 600 litros de Nitrogênio Líquido Potência dos cryocoolers = 1450 W: perdas térmicas do criostato perdas ôhmicas nos conectores de cobre

25 Transformadores Supercondutores
- Redução nas perdas totais - 30% - Redução em peso – 45% - maior capacidade de operação em sobrecarga Não empregam óleo isolante (o nitrogênio líquido age como refrigerante e isolante) – reduz impacto ambiental e riscos de incêndio Exemplos de protótipos: ABB (1997) – 630 kVA ; 18,7kV/420V testado na rede elétrica de Genebra Oak Ridge National Lab, EUA (2003) – 5 MVA ; 24,9kV / 6,9kV

26 Supercable Projeto de longo prazo – EPRI
Substitui o LN2 por LH2 – Energia elétrica + Energia Química


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