Высоковольтные кабели постоянного тока, которые могут эффективно передавать электричество на большие расстояния, играют жизненно важную роль в нашем электроснабжении. Поэтому оптимизация их производительности является важной задачей. С этой целью ученые из Технологического университета Чалмерса (Швеция) представили новый изоляционный материал, проводимость которого в три раза меньше, что значительно улучшает свойства и характеристики таких кабелей.
Если мы хотим перейти к миру, питаемому возобновляемыми источниками энергии, необходима эффективная транспортировка электроэнергии на большие расстояния, поскольку поставка - возобновляемые источники энергии, такие как ветряные и солнечные электростанции, а также плотины гидроэлектростанций - часто расположены вдали от городов, где существует большая часть спроса. Кабели постоянного тока высокого напряжения или кабели HVDC являются наиболее эффективным средством передачи электроэнергии на большие расстояния. Кабели HVDC с изоляционным слоем можно прокладывать под землей или прокладывать на морском дне, что позволяет значительно расширить сети, и в настоящее время реализуется множество проектов по соединению различных частей мира. В Европе, например, проект NordLink соединит южную Норвегию и Германию, а проекты кабелей постоянного тока высокого напряжения составляют значительную часть energiewende, всеобъемлющего плана Германии по переходу на более экологически устойчивое энергоснабжение.
Для нас, чтобы справиться с быстро растущим мировым спросом на электроэнергию, эффективные и безопасные кабели HVDC являются важным компонентом. Поставка возобновляемой энергии может колебаться, поэтому возможность транспортировки электроэнергии по сетям дальней связи является необходимостью для обеспечение стабильного и надежного распределения», - говорит Кристиан Мюллер, руководитель исследования и профессор кафедры химии и химического машиностроения Технологического университета Чалмерса.
Во время транспортировки должно теряться как можно меньше энергии. Одним из способов снижения потерь при передаче является повышение уровня напряжения постоянного тока.
«Однако повышение напряжения передачи отрицательно влияет на изоляцию кабеля высокого напряжения постоянного тока», - объясняет Сяндун Сюй, научный сотрудник факультета электротехники Технологического университета Чалмерса.
"В результате более высоких напряжений электрического поля можно было бы справиться, если бы электрическая проводимость изоляционного материала была достаточно снижена."
Исследователи представили новый способ снижения проводимости изоляционного материала.
Материал, благодаря которому проводимость кабеля в три раза ниже
Основой нового материала является полиэтилен, который уже используется для изоляции в существующих кабелях HVDC. Теперь, добавляя очень небольшие количества - 5 частей на миллион - сопряженного полимера, известного как поли(3-гексилтиофен), исследователи смогли снизить электропроводность до трех раз
Добавка, также известная как P3HT, является широко изученным материалом, и, учитывая требуемое небольшое количество, она открывает перед производителями новые возможности. Другими возможными веществами, которые ранее использовались для снижения проводимости, являются наночастицы различных оксидов металлов и другие полиолефины, но они требуют значительно больших количеств.
В материаловедении мы стремимся использовать добавки в как можно меньших количествах, чтобы увеличить потенциал их использования в промышленности и улучшить потенциал переработки. Тот факт, что только очень небольшое количество эта добавка, необходимая для достижения эффекта, является большим преимуществом», - говорит Кристиан Мюллер.
Открытие, которое может привести к новой области исследований
Сопряженные полимеры, такие как P3HT, использовались в прошлом для разработки гибкой и печатной электроники. Тем не менее, они впервые используются и испытываются в качестве добавки для изменения свойств обычного пластика. Поэтому исследователи считают, что их открытие может привести к многочисленным новым приложениям и направлениям исследований.
«Мы надеемся, что это исследование действительно может открыть новую область исследований, вдохновив других исследователей на разработку и оптимизацию пластмасс с улучшенными электрическими свойствами для приложений передачи и хранения энергии», - говорит Кристиан Мюллер.