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Realizzazione e sperimentazione di un prototipo di SFCL per reti MV con nastri SAT 2G laminati. Studi e prove su nastri SAT 2G e attività modellistica sui cavi superconduttori

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Realizzazione e sperimentazione di un prototipo di SFCL per reti MV con nastri SAT 2G laminati. Studi e prove su nastri SAT 2G e attività modellistica sui cavi superconduttori

Nel presente rapporto sono riportati gli avanzamenti e i risultati delle seguenti attività di ricerca riguardanti alcune applicazioni della superconduttività nel settore elettrico: realizzazione e sperimentazione di un prototipo di SFCL con nastri SAT 2G laminati per reti MT; studi e prove sui nastri SAT 2G prototipali per limitatori di corrente superconduttivi (SFCL) in reti elettriche DC (Progetto Europeo FASTGRID) e la prosecuzione della attività di modellistica fluidodinamica per i criostati dei cavi a superconduttore per la valutazione degli impatti dei sistemi di refrigerazione e pompaggio necessari.

I sistemi energetici della maggior parte dei paesi in tutto il mondo sono in rapida evoluzione. In questa trasformazione è auspicabile un aumento della resilienza di tali sistemi ottenibile anche tramite l’impiego di nuove tecnologie per garantire una generazione elettrica che risponda alla domanda in modo da evitare instabilità e blackout. Lo sfruttamento delle proprietà dei superconduttori per la realizzazione di elementi quali i limitatori di corrente e i cavi è più che promettente, anche se ancora allo stadio prototipale. Nel presente rapporto sono riportati gli avanzamenti e i risultati di tre attività di ricerca condotte in questo ambito.

La prima attività ha riguardato la realizzazione e la sperimentazione di un prototipo monofase di SFCL con taglia adatta all’impiego in reti elettriche di media tensione fino a 9 kV, denominato RSE22. La bobina è stata realizzata avvolgendo il nastro SAT (SOxAg prodotto da SuperPower) ad elica in due strati di spire, in configurazione anti induttiva, su supporti cilindrici in G10 con isolamento di Kapton di spessore pari sia interstrato che interspira. Tale bobina, immersa in azoto liquido, è stata sottoposta a prove preliminari di caratterizzazione quali l’iniezione di corrente continua a 4 differenti valori di temperatura (77,7; 73,2; 69,1 e 65,3 K) al fine di determinare la corrente critica degli avvolgimenti SAT e l’iniezione di correnti AC al fine di determinare le perdite AC al variare della valore di picco della corrente a 50 Hz iniettata.

La seconda attività è stata svolta in correlazione con il progetto Europeo FASTGRID, in cui il ruolo di RSE è principalmente quello dell’esecuzione di test su nastri ed avvolgimenti superconduttivi prodotti dai partner. In particolare, sono state svolte diverse serie di prove di caratterizzazione (misura di corrente critica, di resistenza sul nastro e sui terminali, ecc..) su un prototipo di pancake in scala ridotta avvolto con nastro di THEVA con shunt in Cu/Ni realizzato da Supergrid. Tali prove hanno evidenziato alcune criticità probabilmente dovute alle modalità realizzative dei morsetti di rame.

La terza attività è consistita nella prosecuzione dell’attività modellistica e di simulazione numerica del comportamento termo-fluidodinamico dei fluidi criogenici all’interno dei criostati di cavi superconduttori: i) sono state sviluppate di metodiche numeriche preliminari per la valutazione globale delle potenze di refrigerazione, di pompaggio e di compressione necessarie per il funzionamento del cavo al variare di tutti parametri termo-fluidodinamici e dimensionali significativi, ii) attraverso l’impiego dei modelli di simulazione precedentemente sviluppati, è stata estesa l’analisi termo-fluidodinamica per criostati a doppia camera a differenti coppie di fluidi rispetto ai casi “azoto-elio” già studiati, iii) è proseguita l’attività di studio e modellistica per la valutazione quantitativa dei fenomeni di scambio termico attraverso gli involucri dei criostati dei cavi superconduttori per la valutazione delle conduttanze termiche realisticamente ottenibili al variare dei materiali, delle dimensioni e delle modalità di realizzazione degli involucri stessi.

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