Профессор МАИ рассказал на «Армии — 2016» о сверхпроводниках для ОПК

В рамках Международного военно-технического форума «Армия — 2016» прошла научно-техническая конференция «Сверхпроводящие материалы». Конференцию провели для определения перспектив использования сверхпроводящих материалов в интересах оборонно-промышленного комплекса России. Мероприятие посетили журналисты RusCable.Ru и ЭНЕРГОСМИ.

Некоторые металлы, сплавы и соединения при криогенных температурах полностью теряют сопротивление. В результате электрический ток по проводам может протекать без потерь. Это явление называется сверхпроводимость. Переоценить возможности для применения сверхпроводимости во многих областях науки и техники тяжело.

Как рассказал в своём докладе «Перспективы сверхпроводникового электроэнергетического оборудования для ОПК» профессор МАИ Владимир Пенкин, сверхпроводимость в современной энергетике используется в различных направлениях. Это и электрические машины, токоограничители, системы левитации, кинетические и индуктивные накопители, магнитные системы, силовые кабели и трансформаторы.

На сегодняшний день используются в основном провода второго поколения — высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП), а одним из основных материалов выступает диборид магния, как наиболее экономически выгодный материал. Для усиления свойств ВТСП иногда к конструкции добавляют объемные ВТСП элементы и листовые композиты.

Г-н Пенкин представил перспективные авиационные комплексы со сверхпроводниковыми электрическими машинами, авиационные комплексы со сверхпроводниковыми электрическими машинами, системы морского электродвижения, ветроэнергетические установки, системы магнитного подвеса и кинетические накопители энергии.

Как рассказал докладчик, уже теоретически и экспериментально показано, что созданные ВТСП электромеханические преобразователи и накопители энергии по своим массоэнергетическим показателям в 2-3 раза превосходят традиционные аналоги при одних и тех же режимах охлаждения. Применение ВТСП позволяет уже сегодня создавать электромеханические преобразователи и накопители энергии с улучшенными массогабаритными показателями при азотной системе охлаждения.

Также профессор ознакомил слушателей с электрическими машинами с объемными ВТСП и ВТСП генератором мощностью 1 МВА для ВЭУ, моделями высокоскоростных ВТСП поездов и аварийным источником питания на основе КНЭ, разработанными в МАИ.

Государственная программа РФ по развитию судостроения на 2013-2030 годы поставила приоритетом увеличение объема выпуска гражданской продукции российского судостроения по отношению к 2011 году в 2030 г. до 510 %. Как рассказал в своём докладе «Сверхпроводящие устройства для систем электродвижения морских судов» доцент МАИ Николай Иванов, применение сверхпроводников в силовой установке и судовой электроэнергетической системе способствует выполнению этой программы.

Применение ВТСП двигателей и генераторов позволяет улучшить показатели качества СЭЭС и ТТХ корабля: маневренность, шумность, энергоэффективность. Г-н Иванов представил выполненные в МАИ проекты, в частности первый в РФ генератор с осевым магнитным потоком мощностью 1 МВА с обмоткой возбуждения на основе ВТСП лент второго поколения (на илл. слева) и криогенный высокодинамичный ВТСП электродвигатель мощностью 150 кВт (на илл. справа):

Как сказал докладчик, следующий шаг — создание полностью ВТСП электрических машин без стального магнитопровода. При этом г-н Иванов подчеркнул необходимость разработки новых методик расчета полностью ВТСП машин, которые будут учитывать наличие двух СП обмоток и внешнего экрана. Он привел разработанную в МАИ аналитическую методику расчета распределения магнитных полей в активной зоне полностью ВТСП электрической машины и оптимизационных расчетов с целью получения наибольшей удельной мощности.

Во всём мире всё увеличивается количество и мощностью ветрогенерирующих установок, рассказал доцент МАИ Роман Ильясов в докладе «Сверхпроводниковые генераторы для ветроэнергетических установок», в 2014 в мире ввели более 50 мегаватт мощности. Наибольшее количество их на сегодня вводится в Китае, который по введённой мощности практически вдвое опережает всю Европу. Поэтому разработка сверхпроводниковых генераторов для ветроэнергетики более чем актуальна.

В 2011-2014 гг в МАИ по контракту с Росатомом разрабатывали несколько сверхпроводниковых устройств, в частности сверхпроводникового генератора для ветроэнергетической установки мощностью 1 МВА. Работали над изделием не только МАИ, но и другие предприятия, в частности «Русский сверхпроводник», «Точмаш», ИФВЭ и другими. ВТСП генератор обладает значительно меньшими массогабаритными параметрами относительно традиционного генератора.

Генератор СПВГ-1 разработали для работы с мультипликатором, но в дальнейшем от него намереваются отказаться. Кроме того разработали систему контроля и измерения параметров ВТСП обмотки возбуждения ротора СПСГ. Также разработы эскизы для типоразмерного ряда генераторов на 5 и 10 МВА.

Доклад «Сверхпроводящие кабели и другие устройства для вооружений и военной техники» представил Александр Носов, старший инженер отделения сверхпроводящих кабелей ОАО ВНИИКП. Для использования сверхпроводником в кабельной промышленности есть веские причины:

• высокая эффективность — в связи с нулевыми или малыми потерями в сверхпроводнике;
• экологическая чистота и пожаробезопасность — нейтральные хладагенты — гелий, азот; нет излучения;
• возможность передачи/генерации большей мощности при пониженном напряжении;
• значительное снижение веса и габаритов из-за высокой плотности токов.

По оценке компании ULTERA один ВТСП силовой кабель может заменить 9 обычных трехфазных кабелей.

Как рассказал г-н Носов, для ВПК сверхпроводники могут быть использованы во множестве случаев:

Размагничивание боевых кораблей — бортовое и береговое. Гибридные транспортные энергетические системы со сверхпроводящим кабелем постоянного тока на основе промежуточного сверхпроводника MgB₂. Сверхпроводящие ограничители тока короткого замыкания Сверхпроводящие индуктивные накопители, в которых возможен быстрый вывод энергии — до долей миллисекунд.

Кроме того, сверхпроводники использовали для борьбы с магнитными морскими минами в 1976—1988 гг.

Согласно докладу, в России производятся исходные сверхпроводники всех типов. Но г-н Носов подчеркнул, что для разработки даже имеющихся наработок требуется государственная поддержка.

Фото: RusCable.Ru