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A Method to Quantify Technical-Economic Aspects of HTS Electric Power Cables

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A Method to Quantify Technical-Economic Aspects of HTS Electric Power Cables

I cavi a superconduttore per il trasporto di energia potrebbero svolgere un ruolo importante nella transizione energetica perché potenzialmente possono ridurre i costi e l’impatto ambientale rispetto alle soluzioni convenzionali. Questo lavoro fornisce uno strumento per quantificare gli aspetti tecnico-economici dei cavi superconduttori, consentendo all’utente di selezionare liberamente le condizioni operative per una generica linea elettrica. Lo strumento adotta un algoritmo genetico per risolvere un problema di minimizzazione vincolata per una funzione multivariabile, restituendo la configurazione di cavo caratterizzata dai costi più bassi.

In previsione di un incremento di potenza installata e del progressivo aumento dell’elettrificazione in un’ottica di transizione energetica, sono necessarie reti elettriche ad alta efficienza. In questo processo, i cavi a superconduttore per il trasporto di energia potrebbero svolgere un ruolo importante in quanto possono essere installati sia per realizzare nuove linee che per sostituire infrastrutture esistenti, riducendo potenzialmente i costi e l’impatto ambientale rispetto alle soluzioni convenzionali. La convenienza tecnico-economica dell’opzione superconduttiva dipende dai parametri di progetto della linea, quali i livelli di tensione e potenza e la lunghezza della linea.

 

Per ogni condizione, la configurazione del cavo e del suo sistema di raffreddamento deve essere ottimizzata rispettando una serie di vincoli elettrici e geometrici. Individuare a priori la configurazione ottimale del cavo non è banale, in quanto le numerose variabili in gioco sono reciprocamente dipendenti. Questo lavoro fornisce uno strumento per quantificare gli aspetti tecnico-economici dei cavi superconduttori, consentendo all’utente di selezionare liberamente le condizioni operative per una generica linea elettrica. Lo strumento adotta un algoritmo genetico per risolvere un problema di minimizzazione vincolata per una funzione multivariabile, restituendo la configurazione di cavo caratterizzata dai costi più bassi.

 

Per questo studio sono stati selezionati cavi concentrici AC realizzati con Superconduttori ad Alta Temperatura (SAT), ma l’approccio descritto può essere facilmente adattato ad altri tipi di cavi. Mediante opportune ipotesi semplificative, si introducono come equazioni parametriche le equazioni utilizzate per dimensionare i componenti del cavo e i relativi costi, stimare gli apporti termici e descrivere i flussi criogenici. Infine, vengono forniti i risultati di uno studio dettagliato sull’impatto dei parametri rilevanti ai fini della progettazione e dei costi del cavo.

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