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Hace unos 20 años hubo mucho interés, emoción, exageración y la promesa de que las líneas de transmisión de energía pronto utilizarían superconductores en lugar de los tradicionales conductores de cobre o aluminio, lo que daría como resultado una reducción drástica de las pérdidas en esas líneas. Se ha estimado que alrededor del 5 % al 10 % de la potencia enviada a través de estas líneas se disipa debido a la resistencia óhmica y, aunque no es una cifra enorme, sigue siendo lo suficientemente alta como para que cualquier disminución significativa, especialmente cuando se usan superconductores hasta casi cero. — hacer esto sería una gran ventaja en términos de eficiencia básica y otras propiedades beneficiosas.
¿Por qué preocuparse por las líneas de transmisión pasivas? Junto con la generación y el almacenamiento de energía, estas líneas son una de las tres «patas» del panorama del suministro de energía (Figura 1). Ya sea que la energía provenga de una central eléctrica remota de carbón, petróleo o gas, o de fuentes renovables como granjas eólicas, undimotrices, geotérmicas o solares, esta energía generada debe enviarse a la carga. (Tenga cuidado con la terminología aquí: esta «línea de transmisión», por supuesto, no tiene ninguna relación con una línea de transmisión de RF).
Si bien las fuentes de energía altamente localizadas, como un vecindario o un panel solar o eólico personal con un sistema de administración de energía «privado» y baterías de almacenamiento, no requieren líneas de larga o incluso media distancia, la mayoría de los sistemas de energía y los consumidores sí lo requieren. Estos conductores son sistemas sofisticados con varios monitores de energía y temperatura, brindan protección contra sobretensiones y rayos, tienen que lidiar con posibles descargas de corona y tienen muchas otras consideraciones que desmienten su funcionalidad aparentemente simple.
Las líneas de transmisión superconductoras ofrecen otro beneficio probable. Además de pérdidas muy reducidas, estas líneas tienen diámetros más pequeños; puede usar torres más pequeñas y menos intrusivas; y son potencialmente una solución para tender líneas de alta potencia en áreas urbanas densamente pobladas donde no hay suficiente espacio para los cables convencionales físicamente más grandes.
El fenómeno de la superconductividad no solo está limitado por la temperatura, sino también por la densidad de corriente eléctrica y el campo magnético al que está expuesto el material. Si cualquiera de estos tres parámetros supera un valor crítico, la superconductividad desaparece y el material se comporta como un conductor normal (bastante pobre en el caso de los superconductores de alta temperatura). Sin embargo, en las condiciones adecuadas, un superconductor puede manejar densidades de corriente que son aproximadamente dos órdenes de magnitud más altas que los conductores convencionales.
El gran avance para la implementación más práctica de estas líneas eléctricas es el desarrollo de los llamados superconductores de alta temperatura (HTS o HTSC). A diferencia de los superconductores anteriores, que requerían un enfriamiento costoso y complejo basado en helio hasta unos pocos Kelvin, el HTS solo necesita enfriarse hasta 77 K, lo que tiene dos ventajas: se puede hacer con mucho nitrógeno líquido y obviamente es más fácil. para enfriarse a 77 K que el valor de helio de 4 K. Por el contrario, el niobio-titanio (NbTi) solo se vuelve superconductor por debajo de 9,4 K, requiere enfriamiento con helio líquido y es muy difícil de fabricar y cablear.
Debido a la disponibilidad de estos HTSC, se instalaron algunos proyectos de demostración de corta distancia para probar el concepto. Un ejemplo es el proyecto AmpaCity en el centro de Essen, que ha estado en funcionamiento desde 2004. El cable de CA de 1 km de Nexans (Figura 2) se basa en materiales cerámicos superconductores de alta temperatura con un diseño de tres etapas que mantiene un flujo constante de refrigerante tanto dentro como fuera del material conductor.
Otro candidato prometedor para líneas eléctricas superconductoras es el diboruro de magnesio (MgB2) a base de materias primas abundantes en la naturaleza. Una fuente explicó: «Es fácil y económico de producir comercialmente, lo que lo hace mucho más barato que los materiales superconductores existentes». (Creo que todo esto es relativo; nunca usaría las palabras «fácil» y «económico» en referencia a materiales superconductores o cables).
A diferencia de los materiales cerámicos HTS, MgB2 tiene una desventaja: debe enfriarse a menos de 25 K. Esto requiere sistemas de enfriamiento más complejos y costosos que solo nitrógeno líquido. Un cable fabricado con este material utiliza una cubierta interna criogénica enfriada a 20 K con gas helio y una cubierta externa enfriada a -276 K con nitrógeno líquido (Figura 3).
Hay algunos otros proyectos de demostración que utilizan líneas eléctricas superconductoras con superconductores de baja y alta temperatura, pero no se ha informado mucho sobre ellos. ¿Son los problemas técnicos relacionados con la fabricación e instalación del cable y los requisitos de refrigeración demasiado exigentes para un uso generalizado?
La superconductividad se usa ampliamente en aplicaciones tan exclusivas como el Gran Colisionador de Hadrones y otros aceleradores de física de partículas, e incluso en aplicaciones convencionales como los sistemas médicos de imágenes por resonancia magnética (MRI), que requieren campos magnéticos intensos del orden de varios Teslas para proporcionar imágenes nítidas. . Pero estas son instalaciones bien definidas con fuentes y cargas conocidas y restringidas en entornos predecibles y controlados. ¿Quizás el duro mundo de la transmisión de energía a largas distancias simplemente no encaja bien con los cables superconductores y superenfriados? ¿Quizás la ganancia simplemente no vale la pena el gasto y la molestia de la instalación, el mantenimiento de rutina y el tiempo de inactividad y las reparaciones no planificadas?
En su opinión, ¿cuál es el futuro de la transmisión de energía con superconductores que deben enfriarse? ¿Tenemos que esperar a los llamados superconductores a temperatura ambiente que no necesitan refrigeración, si es que alguna vez llegan? Una cosa es cierta: un cable de alta tensión/alta potencia es conceptualmente simple, pero la realidad es que cualquier cable de este tipo, ya sea de cobre/aluminio convencional o superconductor, es mucho más sofisticado y complicado que este concepto.
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