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Una griglia più robusta per Manhattan
I cavi di alimentazione superraffreddati e superconduttori hanno da tempo il potenziale per fornire energia in modo efficiente, poiché non offrono perdite di resistenza. Ora vengono esaminati come un modo per aggiungere ridondanza negli angusti quartieri della rete elettrica locale di Manhattan, potenzialmente proteggendoli da interruzioni naturali e attacchi terroristici.
Cavi freddi: Una sezione trasversale del cavo superconduttore ad alta temperatura di American Superconductor mostra il liquido di raffreddamento che si muove attraverso il nucleo in blu, circondato da una rete di fili che trasportano corrente. Tali cavi possono trasportare 150 volte la corrente elettrica di fili di rame della stessa dimensione, senza perdite di corrente dovute alla resistenza. Questi cavi sono al centro di un nuovo progetto pensato per rendere la rete elettrica di Manhattan più resistente ai guasti e agli attacchi.
In città, i cavi superconduttori offrono un vantaggio: sono molto più compatti dei fili di rame. E alcune delle necessarie protezioni contro le sovratensioni possono essere progettate direttamente nei cavi, un'impresa non possibile con i fili di rame, riducendo la necessità di ingombranti interruttori meccanici nelle sottostazioni cittadine.
Per sviluppare il concetto, il Dipartimento della sicurezza interna degli Stati Uniti e la principale utility di New York, Edison consolidata (Con Ed), ha annunciato la scorsa settimana che avrebbero investito 39 milioni di dollari nei prossimi tre anni per collegare due sottostazioni in località sconosciute a Manhattan, consentendo a ciascuna di sostituire l'altra nel caso in cui una si esaurisse. Lo sforzo utilizzerà la tecnologia di Superconduttore americano , di Devens, MA, che produce i cosiddetti cavi superconduttori ad alta temperatura (l'alta temperatura significa che possono funzionare a 90 gradi kelvin) e i relativi sistemi di controllo.
Non è una panacea per ogni problema di sistema, ma ci darebbe più affidabilità, flessibilità e condivisione delle risorse, afferma Steve Kurtz, ingegnere di progetto presso Con Ed, un'utility i cui difetti di rete sono diventati evidenti la scorsa estate quando un'interruzione di corrente ha oscurato parti del Queens per 10 giorni. Renderebbe la rete più resistente.
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Guarda un'animazione di una rete elettrica più sicura a New York City.
Parte delle carenze della rete elettrica a New York City, come in molte altre parti del paese, è la mancanza di connessioni incrociate simili a Internet, che aggiungerebbe affidabilità. Gli endpoint della rete sono sottostazioni che in genere servono decine di migliaia di clienti ciascuno. Un singolo fulmine o uno scoiattolo errante possono bruciare una sottostazione, lasciando decine di migliaia di persone nell'oscurità finché l'utilità non può rimettere in funzione la sottostazione.
La soluzione consiste nell'aggiungere collegamenti incrociati tra le sottostazioni in modo che altri possano intervenire rapidamente per fornire energia. Tale ridondanza potrebbe rivelarsi utile anche durante un attacco terroristico. Ma se una città aggiunge connessioni, deve anche aggiungere più apparecchiature per impedire che i guasti si propaghino attraverso queste nuove connessioni. Sembra abbastanza buono, quindi perché non lo fanno? chiede Greg Yurek, CEO di American Superconductor. La risposta è che non ci sono abbastanza immobili sotto le strade di Manhattan.
Certamente, tutto questo è possibile utilizzando fili di rame collaudati e apparecchiature meccaniche. Ma in posti come Manhattan, non c'è spazio sotto terra per tutto il cavo di rame in più, a cui deve essere dato un po' di spazio aereo per dissipare il calore, e nelle anguste sottostazioni del centro non c'è spazio per i nuovi interruttori.
I cavi superconduttori sono un decimo delle dimensioni dei fili di rame. Inoltre, possono gestire la protezione contro le sovratensioni all'interno del cavo stesso senza richiedere nuovi set di interruttori ingombranti. I materiali superconduttori, che si basano su una ceramica flessibile chiamata ossido di ittrio bario e rame, possono tollerare un certo carico di potenza. In ogni punto fino a quel massimo, trasportano corrente senza perdite. Ma nel momento in cui viene superato il massimo, i superconduttori diventano altamente resistivi e bloccano la propagazione delle sovratensioni. A seconda del numero di fili che inserisci, puoi portare più corrente senza perdite e puoi progettare il cavo in modo da avere la giusta quantità di resistenza in caso di picchi di tensione, afferma Alexis Malozemoff , Chief Technology Officer presso American Superconductor.
Naturalmente, se il cavo superconduttore diventa resistivo, può bruciarsi, quindi è necessario dell'hardware per prevenire tali danni. L'azienda afferma che i sistemi di controllo associati non specificati gestiranno questo problema in modo efficace. La necessità è la madre dell'invenzione, dice Yurek. Puoi mettere [protezione dai guasti] nel cavo, con qualche altra tecnologia proprietaria, che secondo lui è più efficiente in termini di spazio.
Per quanto sensato possa essere, non sarà semplice. Ci vorrà più di un anno solo per mettere insieme tutti i pezzi nei laboratori. Devi progettarlo, quindi costruirlo, quindi sviluppare protocolli di test, quindi [eseguire] test prototipi completi, quindi analizzare i dati, quindi sviluppare una specifica di progettazione per l'installazione, afferma Kurtz. La speranza è che il concetto venga dimostrato entro agosto 2008. La costruzione effettiva non avverrà prima del 2010.
I superconduttori ad alta temperatura sono nati due decenni fa. American Superconductor ha trovato un modo per commercializzare il materiale realizzando una versione flessibile della ceramica e spingendo i requisiti di temperatura fino a 90 gradi kelvin più gestibili. Tale temperatura può essere mantenuta in modo affidabile utilizzando azoto liquido per il raffreddamento.
Mentre i cavi superconduttori, comprese alcune linee di trasmissione a Columbus, OH, Albany, NY e Long Island, stanno lentamente facendo progressi, il progetto Manhattan segna una nuova pietra miliare, afferma Yurek. Con Ed sta decidendo che sono disposti a mettere questi superconduttori nella loro griglia. È un diamine di un punto di convalida, per non dire altro.