أول ظهور لدائرة ثاني أكسيد الكربون الفائقة على الإطلاق
سيبدأ الباحثون هذا الشهر في اختبار قاطع دائرة عالية الجهد يمكنه إخماد القوس ومسح خطأ مع سائل ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة. يمكن أن يحل الجهاز الأول فريد من نوعه محل قواطع الجهد العالي التقليدية ، والتي تستخدم سداسي فلوريد غاز غاز الدفيئة القوية ، أو SF6. هذه المعدات منتشرة على نطاق واسع في جميع أنحاء شبكات الطاقة كوسيلة لوقف تدفق التيار الكهربائي في حالة الطوارئ.
“SF6 يقول “هو عازل رائع ، لكنه سيء للغاية بالنسبة للبيئة – وربما أسوأ غازات دفيئة يمكنك التفكير فيها”. يوهان inslin، مدير برنامج في وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة في الولايات المتحدة-Energy (ARPA-E) ، والتي مولت البحث. إمكانات الاحترار الدفيئة لـ SF6 ويشير إلى ما يقرب من 25000 مرة مثل ثاني أكسيد الكربون ، كما يلاحظ.
إذا نجحت ، فإن الاختراع ، الذي طوره الباحثون في معهد جورجيا للتكنولوجيا ، يمكن أن يكون له تأثير كبير على انبعاثات غازات الدفيئة. مئات الآلاف من قواطع الدوائر النقطية شبكات الطاقة على مستوى العالم ، وجميع الجهدات العالية تقريبًا معزولة بـ SF6.
https://www.youtube.com/watch؟v=u4isn6f-b8yتوقف قاطع قاطع الدائرة عالي الجهد ، مثل هذا الذي صنعته GE Vernova ، التيار عن طريق إنشاء فجوة ميكانيكيًا وقوسًا ، ثم تفجير غاز عالي الضغط عبر الفجوة. هذا يوقف التيار عن طريق امتصاص الإلكترونات الحرة وإخماد القوس مع زيادة القوة العازلة للغاز.جي فيرنوفا
علاوة على ذلك ، SF6 المنتجات الثانوية سامة للبشر. بعد إخماد الغاز قوسًا ، يمكن أن يتحلل إلى مواد يمكن أن تهيج الجهاز التنفسي. الأشخاص الذين يعملون على SF6-يجب على المعدات المعزولة ارتداء أجهزة التنفس الكاملة والملابس الواقية. ال الاتحاد الأوروبي و كاليفورنيا يتم التخلص التدريجي من استخدام SF6 وغيرها من الغازات المفلورة (أزياء F) في المعدات الكهربائية ، والعديد من المنظمين الآخرين تتبع حذوها.
استجابة لذلك ، يتسابق الباحثون على مستوى العالم تطوير البدائل. على مدار السنوات الخمس الماضية ، قامت ARPA-E بتمويل 15 مشروعًا مختلفًا من قاطعات الدوائر في مرحلة مبكرة. و جي فيرنوفا قامت بتطوير منتجات للسوق الأوروبي التي تستخدم مزيجًا من الغاز يتضمن غازًا F ، ولكن في جزء صغير من تركيز SF التقليدي6 قواطع.
إعادة اختراع قواطع الدوائر مع CO فائقة الحرج2
تتمثل مهمة قاطع الدائرة على نطاق الشبكة في مقاطعة تدفق التيار الكهربائي عندما يحدث خطأ ما ، مثل الخطأ الناجم عن ضربة صاعقة. يتم وضع هذه الأجهزة في جميع أنحاء المحطات الفرعية ، ومحطات توليد الطاقة ، وشبكات النقل والتوزيع ، والمرافق الصناعية حيث تعمل المعدات في عشرات إلى مئات من الكيلوفات.
على عكس قواطع الدوائر المنزلية ، التي يمكنها عزل خطأ بفجوة هواء صغيرة ، تحتاج قواطع الشبكة على شيء أكثر جوهرية. الأكثر روعة-قواطع الجهد الاعتماد على قاطع ميكانيكي موجود في حاوية تحتوي على SF6، وهو غاز عزل غير موصل. عند حدوث خطأ ، يكسر الجهاز الدائرة عن طريق إنشاء فجوة ميكانيكيًا وقوسًا ، ثم ينفجر غاز الضغط العالي من خلال الفجوة ، ويمتص الإلكترونات الحرة وإخماد القوس مع زيادة القوة العازلة للغاز.
في تصميم Georgia Tech ، يقوم ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة بإبلاغ القوس. يتم إنشاء السائل عن طريق وضع CO2 تحت ضغط ودرجة حرارة عالية جدًا ، قم بتحويلها إلى مادة في مكان ما بين الغاز والسائل. لأن شركاه فوق الحرجة2 هو كثيف للغاية ، يمكنه إخماد قوس وتجنب حكم قوس جديد عن طريق تقليل زخم الإلكترونات – أو على الأقل هذه هي النظرية.
بقيادة لوكاس غرابر، رئيس مجلس الأبحاث في Georgia Tech Plasma و Dielectrics Lab ، ستقوم مجموعة الأبحاث بإدارة قواطع AC البالغة 72 كيلو فولت من خلال دائرة اختبار اصطناعية في جامعة ويسكونسن-ميلووكي التي تبدأ في أواخر أبريل. يقومون أيضًا ببناء نسخة 245 كيلو فولت.
استخدام شركاه فوق الحرجة2 ليس جديدًا، ولكن تصميم قاطع الدائرة من حوله هو. كان التحدي هو بناء الكسارة مع المكونات التي يمكنها تحمل الضغط العالي اللازمة للحفاظ2، يقول غرابر.
تحول الفريق إلى صناعة البترول للعثور على الأجزاء ، ووجد كل ما عدا واحدة: الجلبة. هذا المكون الحاسم بمثابة التغذية لحمل التيار من خلال حاويات المعدات. لكن الجلبة التي يمكن أن تصمد أمام 120 جو من الضغط لم تكن موجودة. لذلك صنعت Georgia Tech الخاصة بها باستخدام راتنجات الايبوكسي المليئة بالمعادن ، والموصلات النحاسية ، والأنابيب الفولاذية ، والشفاه الفارغة.
يقول إنلين: “كان عليهم العودة إلى أساسيات تصميم الجلبة لجعل الكسارة بأكملها”. “هذا هو المكان الذي يقدمون فيه أكبر مساهمة ، في عيني.” يقول إن التصميم المدمج لكسر جورجيا للتكنولوجيا سيسمح له بالملاءمة في مساحات أكثر تشددًا دون التضحية بكثافة الطاقة.
سيتطلب استبدال قواطع الدوائر الموجودة في هذا التصميم بعض التعديلات ، بما في ذلك إضافة مضخة حرارة في المنطقة المجاورة للإدارة الحرارية للكسارة.
إذا سارت الاختبارات على الدائرة الاصطناعية بشكل جيد ، تخطط Graber لتشغيل الكسارة من خلال بطارية من عمليات المحاكاة في العالم الحقيقي على مختبرات كيما‘شالفونت ، بنسلفانيا. الموقع – منشأة شهادة الذهب القياسية.
قام فريق Georgia Tech ببناء قاطع الدائرة الخاص به بأجزاء يمكنها تحمل الضغوط العالية للغاية من ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج.ألفونسو خوسيه كروز
GE Vernova Markets SF6-ALENTRINTING BRUSH
إذا وصلت قاطعات الدوائر في جورجيا للتكنولوجيا إلى السوق ، فسيتعين عليها التنافس مع GE Vernova ، والتي كانت تبدأ في تطوير 20 عامًا من تطوير SF6-قواطع الدائرة خالية. في عام 2018 ، قامت الشركة بتثبيت أول SF لها6-الفرعية المحطة الفرعية المعزولة للغاز في أوروبا ، والتي تضمنت قاطع دائرة AC من فئة 145 كيلو فولت معزول بمزيج من الغاز الذي يسميه G.3. إنها مكونة من CO2والأكسجين وكمية صغيرة من ج4و7N ، أو heptafluoroisobutyronitrile.
هذا الغاز الدفيئ المفلور ليس جيدًا للبيئة أيضًا. لكنها تضم أقل من 5 في المائة من خليط الغاز ، لذلك يقلل من إمكانات الاحترار الدفيئة بنسبة تصل إلى 99 في المائة مقارنة بـ SF6. وهذا يجعل إمكانات الاحترار لا تزال أكبر بكثير من CO2 والميثان ، لكنها بداية.
“أحد الأسباب التي تجعلنا نستخدم هذه التكنولوجيا هو أنه يمكننا عمل SF6-قاطع الدائرة المجاني الذي سوف يربط بالفعل على الأساس الدقيق ل SF المكافئ لدينا6 الكسارة ، “يقول تود إيروين، أخصائي منتج كبير في مجال القاطع في الجهد العالي في GE Vernova. يقول إن بديلًا ينزلق “ينزلق مباشرة إلى محطة فرعية”. يجب على العمال ارتداء معدات واقية كاملة عندما يحافظون على الجهاز أو إصلاحه كما يفعلون من أجل SF6 المعدات ، يقول إيروين. الشركة أيضا تصنع ملف نوع معين من قواطع يسمى قاطع دائرة الدبابات الحيةبدون ويقول إن المكون المفلور.
كل هذه الأساليب ، بما في ذلك شركة جورجيا للتكنولوجيا الفائقة2 ، تعتمد على العمل الميكانيكي لفتح الدائرة وإغلاقها. هذا يستغرق وقتًا ثمينًا في حالة حدوث خطأ. هذا مستوحى العديد من الباحثين يتحولون إلى أشباه الموصلات ، والتي يمكن أن تفعل التبديل بشكل أسرع بكثير ، ولا يحتاجون إلى غاز لإيقاف التيار.
يقول إنلين في ARPA-E: “مع الميكانيكية ، قد يستغرق الأمر ما يصل إلى أربع أو خمس دورات لمسح الخطأ وهذا كثير من الطاقة التي يجب أن تمتصها”. ويقول إن أشباه الموصلات يمكن أن تفعل ذلك في مللي ثانية أو أقل. لكن التطور التجاري لقواطع دوائر الحالة الصلبة هذه لا يزال في المراحل المبكرة ، ويركز على الفولتية المتوسطة. يقول إنلين: “سيستغرق الأمر بعض الوقت لتوصيلهم إلى الفولتية العالية المطلوبة”.
قد يكون العمل متخصصًا ، لكن التأثير قد يكون مرتفعًا. حوالي 1 في المئة من SF6 تسرب من المعدات الكهربائية. في عام 2018 ، ترجم ذلك إلى 9،040 طن (8200 طن) من SF6 انبعث على مستوى العالم ، وهو ما يمثل حوالي 1 في المئة من قيمة الاحترار العالمي في تلك السنة.
من مقالات موقعك
المقالات ذات الصلة حول الويب
