I cavi superconduttori presentano benefici rispetto ai cavi tradizionali: possono trasportare livelli di potenza molto maggiori per la stessa sezione trasversale interrata, la loro maggiore efficienza di trasporto sia in AC che in DC li rende adatti a molti degli impieghi attuali e futuri. Inoltre, l’assenza di rame li rende più sostenibili. La loro maturazione tecnologica e commercializzazione però richiederà ancora almeno un decennio per cavi HV.
Allo scopo di comprendere le possibili configurazioni dei cavi superconduttori, le loro performance e i relativi aspetti tecnici ed economici, negli ultimi anni RSE ha sviluppato nell’ambito della Ricerca di Sistema diversi modelli matematici che consentono di simulare il comportamento termo-fluidodinamico di fluidi criogenici convogliati in convezione forzata in criostati di cavi superconduttori, implementando tali modelli in programmi di calcolo dedicati. In particolare, si trovano in questo rapporto descritte le attività che riguardano la validazione dei modelli fluidodinamici e lo sviluppo di modelli elettrici per valutazioni tecnico-economiche.
Per quanto riguarda il primo punto, sono state sviluppate metodologie per la verifica di accuratezza e precisione numerica del modello RSE per poter interpretare le discrepanze emerse nel confronto con benchmark con il software 4C del Politecnico di Torino. Simulazioni numeriche per cavi con nuovi dati sugli ingressi termici nel criostato e sui fattori di attrito: risultati e verifiche secondo le metodologie sviluppate. Inoltre, si è proceduto all’individuazione e all’implementazione di nuove formulazioni per la potenza termica entrante nel criostato e per il fattore di attrito tra fluido e criostato.
Per quanto riguarda il secondo punto, è stata sviluppata una metodologia per l’ottimizzazione della configurazione di cavi superconduttori ad alta temperatura coassiali a diverse condizioni operative.
L’attività, svolta con la collaborazione dell’Università di Bologna, si colloca all’interno dell’analisi generale del comportamento elettrico di cavi superconduttori per la rete elettrica nazionale, atto a definire gli eventuali vantaggi tecnico-economici rispetto ai cavi resistivi convenzionali. Lo studio si concentra su linee elettriche in corrente alternata (AC) in media tensione, realizzate con materiali superconduttori ad alta temperatura critica. Questo lavoro intende fornire una metodologia computazionale finalizzata a determinare la configurazione ottimale di cavi superconduttori coassiali, ed il relativo costo, al variare delle condizioni operative scelte.