211service.com
Een robuuster raster voor Manhattan
Onderkoelde, supergeleidende stroomkabels hebben lang het potentieel gehad om efficiënt stroom te leveren, omdat ze geen weerstandsverliezen bieden. Nu worden ze onderzocht als een manier om redundantie toe te voegen in de krappe wijken van het lokale elektriciteitsnet van Manhattan, mogelijk beschermend tegen natuurlijke verstoringen en terroristische aanslagen.
Koude Kabels: Een dwarsdoorsnede van de supergeleidende kabel van American Superconductor voor hoge temperaturen toont in blauw vloeibaar koelmiddel dat door de kern beweegt, omgeven door een web van stroomvoerende draden. Dergelijke kabels kunnen 150 keer de elektrische stroom dragen van koperdraden van dezelfde grootte, zonder stroomverliezen als gevolg van weerstand. Deze kabels vormen de kern van een nieuw project dat is ontworpen om het elektriciteitsnet van Manhattan beter bestand te maken tegen storingen en aanvallen.
In een stad bieden supergeleidende kabels een voordeel: ze zijn veel compacter dan koperdraden. En een deel van de vereiste overspanningsbeveiliging kan rechtstreeks in de kabels worden ingebouwd - een prestatie die niet mogelijk is met koperdraden - waardoor de behoefte aan omvangrijke mechanische stroomonderbrekers in onderstations in de stad wordt verminderd.
Om het concept te ontwikkelen, U.S. Department of Homeland Security en het belangrijkste nutsbedrijf van New York, Geconsolideerde Edison (Con Ed), kondigden vorige week aan dat ze de komende drie jaar $ 39 miljoen zouden investeren om twee onderstations op geheime locaties in Manhattan met elkaar te verbinden, zodat ze het over kunnen nemen van de andere in het geval dat er een uitvalt. De inspanning zal gebruik maken van technologie van Amerikaanse supergeleider , uit Devens, MA, die zogenaamde supergeleidende kabels voor hoge temperaturen maakt (hoge temperatuur betekent dat ze bij 90 graden Kelvin kunnen werken) en bijbehorende controlesystemen.
Het is geen wondermiddel voor elk systeemprobleem, maar het zou ons meer betrouwbaarheid en flexibiliteit en het delen van activa geven, zegt Steve Kurtz, projectingenieur bij Con Ed, een nutsbedrijf waarvan de netgebreken afgelopen zomer duidelijk werden toen een stroomstoring delen van Queens voor 10 dagen. Het zou het net veerkrachtiger maken.
Multimedia
Bekijk een animatie van een veiliger elektriciteitsnet in New York City.
Een deel van de tekortkoming van het elektriciteitsnet in New York City - zoals in veel andere delen van het land - is het ontbreken van internetachtige dwarsverbindingen, wat de betrouwbaarheid zou vergroten. De eindpunten van het netwerk zijn onderstations die doorgaans tienduizenden klanten per stuk bedienen. Een enkele blikseminslag of een dwalende eekhoorn kan een onderstation uitbranden, waardoor tienduizenden mensen in het donker blijven totdat het nutsbedrijf het onderstation weer online kan krijgen.
De oplossing is om dwarsverbindingen tussen onderstations toe te voegen, zodat anderen snel kunnen ingrijpen om stroom te leveren. Een dergelijke redundantie kan ook nuttig zijn tijdens een terroristische aanslag. Maar als een stad verbindingen toevoegt, moet ze ook meer apparatuur toevoegen om te voorkomen dat fouten zich via deze nieuwe verbindingen verspreiden. Het klinkt best goed, dus waarom doen ze het niet? vraagt Greg Yurek, CEO van American Superconductor. Het antwoord is dat er niet genoeg onroerend goed onder de straten van Manhattan is.
Natuurlijk is dit allemaal mogelijk met beproefde koperdraden en mechanische apparatuur. Maar in plaatsen als Manhattan is er geen ruimte onder de grond voor alle extra koperkabel - die wat luchtruimte moet krijgen om warmte af te voeren - en geen ruimte in krappe onderstations in de binnenstad voor nieuwe stroomonderbrekers.
Supergeleidende kabels zijn een tiende zo groot als koperdraden. Bovendien kunnen ze overspanningsbeveiliging in de kabel zelf aan zonder dat er nieuwe sets omvangrijke stroomonderbrekers nodig zijn. Supergeleidende materialen, die gebaseerd zijn op een flexibel keramiek genaamd yttrium barium koperoxide, kunnen een bepaalde stroombelasting verdragen. Op elk punt tot dat maximum voeren ze stroom zonder verlies. Maar op het moment dat het maximum wordt overschreden, worden de supergeleiders zeer resistief en stoppen ze de voortplanting van pieken. Afhankelijk van het aantal draden dat je erin steekt, kun je meer stroom voeren zonder verliezen, en kun je de kabel zo ontwerpen dat hij de juiste hoeveelheid weerstand heeft bij stroompieken, zegt Alexis Malozemoff , Chief Technology Officer bij American Superconductor.
Als de supergeleidende kabel resistief wordt, kan deze natuurlijk verbranden, dus er is wat hardware nodig om dergelijke schade te voorkomen. Het bedrijf zegt dat niet-gespecificeerde bijbehorende controlesystemen dit probleem effectief zullen aanpakken. Noodzaak is de moeder van de uitvinding, zegt Yurek. Je kunt [foutbeveiliging] in de kabel plaatsen, met een andere gepatenteerde technologie, die volgens hem ruimtebesparend is.
Hoe verstandig dit ook is, eenvoudig zal het niet zijn. Het zal meer dan een jaar duren om alle stukken in laboratoria bij elkaar te brengen. Je moet het ontwerpen, dan bouwen, dan testprotocollen ontwikkelen, dan volledige prototypetests doen, dan de gegevens analyseren en dan een ontwerpspecificatie voor installatie ontwikkelen, zegt Kurtz. De hoop is dat het concept in augustus 2008 zal worden bewezen. De daadwerkelijke bouw zal niet vóór 2010 plaatsvinden.
Hoge temperatuur supergeleiders werden twee decennia geleden geboren. American Superconductor vond een manier om het materiaal te commercialiseren door een flexibele versie van het keramiek te maken en de temperatuurvereisten op te voeren tot een beter beheersbare 90 graden kelvin. Die temperatuur kan betrouwbaar worden gehandhaafd met vloeibare stikstof voor koeling.
Terwijl supergeleidende kabels, waaronder enkele transmissielijnen in Columbus, OH, Albany, NY en Long Island, langzaam vooruitgang boeken, markeert het Manhattan-project een nieuwe mijlpaal, zegt Yurek. Con Ed besluit dat ze bereid zijn deze supergeleiders in hun netwerk te plaatsen. Het is op zijn zachtst gezegd een geweldig validatiepunt.