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Limitatori di corrente superconduttivi: sviluppo e applicazione di nuove metodiche di caratterizzazione sperimentale e di modellistica numerica per lo studio del comportamento di nastri SAT 2G a base di ReBCO per applicazioni

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Limitatori di corrente superconduttivi: sviluppo e applicazione di nuove metodiche di caratterizzazione sperimentale e di modellistica numerica per lo studio del comportamento di nastri SAT 2G a base di ReBCO per applicazioni

Nel presente rapporto sono riportati gli avanzamenti e i risultati delle seguenti attività di ricerca riguardanti alcune applicazioni della superconduttività nel settore elettrico. Le attività sono consistite nello sviluppo e applicazione di nuove metodiche di caratterizzazione sperimentale e di modellistica numerica per lo studio del comportamento di nastri SAT 2G a base di ReBCO per applicazioni in SFCL per reti elettriche.

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 è più che promettente, anche se ancora allo stadio prototipale.

Nel presente rapporto sono riportati gli avanzamenti e i risultati di attività di ricerca condotte riguardanti lo sviluppo e l’applicazione di nuove metodiche di caratterizzazione sperimentale e di modellistica numerica per lo studio del comportamento di nastri SAT (Superconduttori ad Alta Temperatura di transizione) 2G a base di ReBCO per applicazioni in SFCL (Superconducting Fault Current Limiter) per reti elettriche.

Tali attività sono state sviluppate secondo le due principali macro tematiche seguenti:

• Le attività teoriche e sperimentali per la valutazione dell’impatto della configurazione dell’avvolgimento SAT sulla distribuzione e sulla propagazione del fenomeno del “quench”. Tali attività si collocano nell’ambito dell’analisi sulle modalità di realizzazione di avvolgimenti per dispositivi a superconduttore con nastri SAT. In particolare, lo scopo è quello di esaminare modalità di avvolgimento innovative, denominate NI (no-insulation), che non prevedono l’utilizzo di isolante elettrico tra gli strati di nastro SAT che compongono il dispositivo. Tali configurazioni, sviluppate inizialmente per l’avvolgimento di magneti superconduttori, possono essere impiegate per realizzare dispositivi superconduttivi per applicazioni elettriche di potenza. Di particolare interesse è l’applicazione in dispositivi SFCL, specialmente sia per reti AC che HVDC (High Voltage Direct Current). In questa prima fase sono stati condotti studi e prove preliminari allo scopo di sviluppare le metodiche di progettazione e di analisi di sistemi di induzione del “quench” per via termica in nastri e avvolgimenti SAT e di verificare la fattibilità e la efficacia delle metodologie proposte su sistemi più semplici realizzati su spezzoni lineari di nastro SAT.

• L’Attività correlata con il Progetto Europeo FASTGRID con studi e prove sui SAT 2G prototipali per SFCL in reti elettriche HVDC. I nastri SAT 2G a base di GdBCO di THEVA che sono stati sviluppati e prodotti nell’ambito di FASTGRID sono stati sottoposti nel Laboratorio Superconduttori di RSE ad un rilevante insieme di sperimentazioni, suddivisibili in: prove in corrente continua (DC Direct Current) per la valutazione della corrente critica del SAT; prove in corrente alternata (AC Alternate Current) per la valutazione delle perdite AC, del comportamento nella fase di limitazione della corrente e della stabilità termica del SAT.

Per entrambe queste tipologie di prova sono stati implementati nuovi metodi di misura e di elaborazione numerica dei rilievi che forniscono informazioni quantitativamente e qualitativamente migliori rispetto alle tecniche utilizzate in precedenza.

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