توسعه خطوط انتقال ابررسانا به دنبال تسریع در گسترش ظرفیت شبکه برق!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا؛ شرکت VEIR که توسط فارغ‌التحصیل MIT، تیم هایدل تأسیس شده است، فناوری جدیدی توسعه داده که قادر است با همان مساحت و زیرساخت‌های خطوط سنتی، برق بیشتری را در مسافت‌های طولانی منتقل کند. این استارتاپ یک خط انتقال برق پیشرفته در ووبرن، ماساچوست معرفی کرده که می‌تواند تا ده برابر برق بیشتر از خطوط سنتی را بدون نیاز به زیرساخت اضافی انتقال دهد. این دستاورد نویدبخش افزایش ظرفیت شبکه برق است که برای پشتیبانی از انرژی‌های تجدیدپذیر و افزایش تاب‌آوری شبکه ضروری است.

سال گذشته در ووبرن، ماساچوست، یک خط برق در یک منطقه ۱۰۰ فوتی نصب شد. برای رهگذران، این نصب ممکن است خیلی جالب به نظر نمی‌رسید: خط توسط تیر‌های برق استانداردی که همه ما بار‌ها و بار‌ها دیده‌ایم، پشتیبانی می‌شد. در واقع، آشنایی این منظره یکی از وعده‌های کلیدی این فناوری است. این خطوط طراحی شده‌اند تا پنج تا ده برابر بیشتر از خطوط انتقال برق سنتی برق را حمل کنند، بدون اینکه نیاز به تغییرات عمده در مساحت و سطح ولتاژ باشد. این ویژگی کلیدی به آنها کمک می‌کند تا از موانع قانونی و مخالفت‌های اجتماعی که در بسیاری از نقاط جهان، به ویژه در آمریکا و اروپا، ایجاد شده، عبور کنند. چرا که سیستم‌های جدید توزیع برق نقش مهمی در انتقال به انرژی‌های تجدیدپذیر و تاب‌آوری شبکه ایفا می‌کنند.

این خطوط نتیجه سال‌ها تلاش استارتاپ VEIR است که توسط تیم هایدل، فارغ‌التحصیل MIT، تأسیس شده است. این خطوط از کابل‌های ابررسانا و سیستم خنک‌سازی اختصاصی استفاده می‌کنند که در نسخه‌های اولیه تا ۴۰۰ مگاوات و در نسخه‌های آینده تا چندین گیگاوات ظرفیت انتقال خواهند داشت.

هایدل گفت: «ما می‌توانیم برق با توان بسیار بالاتر را با ولتاژ بسیار کمتر منتقل کنیم و در نتیجه می‌توانیم برق زیادی را انتقال دهیم بدون اینکه تأثیر بصری زیادی داشته باشد. به همین دلیل می‌توانیم از بسیاری از مخالفت‌های عمومی و موانع مرتبط با تأیید و نصب سیستم‌ها جلوگیری کنیم.»

راه‌حل VEIR در زمانی ارائه می‌شود که بیش از ۱۰،۰۰۰ پروژه انرژی تجدیدپذیر در مراحل مختلف توسعه به دنبال مجوز برای اتصال به شبکه‌های برق آمریکا هستند. کاخ سفید اعلام کرده است که آمریکا برای رسیدن به اهداف کاهش کربن تا سال ۲۰۳۵ باید ظرفیت انتقال منطقه‌ای فعلی را بیش از دو برابر کند.

این در حالی است که تقاضای برق به دلیل افزایش استفاده از مراکز داده و هوش مصنوعی و الکتریکی‌سازی همه چیز از خودرو‌های مسافری گرفته تا سیستم‌های گرمایشی خانگی به سرعت در حال افزایش است.

چالش‌ها در زیرساخت‌های انتقال
با وجود این روندها، ساخت خطوط انتقال برق با توان بالا همچنان بسیار دشوار است.

هایدل گفت: «ساخت زیرساخت‌های انتقال با توان بالا می‌تواند بیش از یک دهه طول بکشد و مثال‌های زیادی وجود دارد که پروژه‌هایی به دلیل مخالفت‌های زیاد یا پیچیدگی‌های فراوان به‌صرفه نبوده و در نهایت متوقف شده‌اند. ما می‌توانیم ولتاژ را کاهش دهیم، اما همچنان همان میزان برق را حمل کنیم، زیرا سیستم‌هایی با سطوح جریان بسیار بالاتر می‌سازیم و به این ترتیب خطوط ما می‌توانند در پس‌زمینه ناپدید شوند و از همان مخالفت‌ها جلوگیری کنند.»

هایدل گفت که VEIR یک خط ارتباطی با مشتریان علاقه‌مند شامل شرکت‌های خدماتی، اپراتور‌های مراکز داده، شرکت‌های صنعتی و توسعه‌دهندگان انرژی تجدیدپذیر ایجاد کرده است. VEIR هدف خود را تکمیل اولین آزمایش تجاری بزرگ با ظرفیت بالا تا سال ۲۰۲۶ قرار داده است.

هایدل بیش از یک دهه در MIT از آموزش اصول مهندسی برق گرفته تا مطالعه شبکه برق و بخش انرژی به‌طور گسترده مشغول به کار بوده است. این سفر شامل دریافت کارشناسی، کارشناسی ارشد و دکترای مهندسی برق از MIT و همچنین کارشناسی ارشد در برنامه سیاست‌گذاری فناوری MIT بوده که در حین کار بر روی دکترای خود به دست آورده است.

او می‌گوید: «من در دوران تحصیلات تکمیلی به انرژی و آب و هوا علاقه‌مند شدم و به طور انحصاری روی این حوزه متمرکز شدم.»

آینده انتقال انرژی
پس از اخذ دکترا، هایدل به عنوان مدیر تحقیقاتی پروژه «آینده شبکه برق» MIT منصوب شد که در سال ۲۰۱۱ به پایان رسید.

هایدل گفت: «این یک فرصت فوق‌العاده در آغاز کار من بود تا به بررسی کلی وضعیت و درک چالش‌های پیش‌روی شبکه برق و بخش انرژی به‌ طور کلی بپردازم. این فرصت به من یک پایه قوی برای درک شبکه، چگونگی عملکرد آن، افراد درگیر، نحوه تصمیم‌گیری، چگونگی توسعه و چشم‌اندازی برای ۳۰ سال آینده داد.»

پس از ترک MIT، هایدل در آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته انرژی وزارت انرژی آمریکا (ARPA-E) و سپس در شرکت سرمایه‌گذاری Breakthrough Energy Ventures متعلق به بیل گیتس کار کرد و در آنجا به مطالعه انتقال برق ادامه داد.

هایدل گفت: «تقریباً هر سناریوی کاهش کربن و مطالعه‌ای که در دو دهه گذشته منتشر شده است، به این نتیجه رسیده‌اند که برای دستیابی به کاهش قابل توجه انتشار گاز‌های گلخانه‌ای، باید مقیاس شبکه‌های برق در سراسر جهان دو یا سه برابر شود. اما وقتی به داده‌ها در مورد سرعت گسترش شبکه‌ها، سهولت ساخت خطوط انتقال، هزینه ساخت خطوط جدید نگاه کردیم، تقریباً همه شاخص‌ها در جهت نادرست پیش می‌رفتند. انتقال برق گران‌تر و زمان‌برتر می‌شد. ما به شدت نیاز به یافتن راه‌حل جدید داریم.»

سیستم خنک‌سازی VEIR و نوآوری در انتقال برق
برخلاف خطوط انتقال سنتی که از فولاد و آلومینیوم ساخته شده‌اند، خطوط انتقال VEIR از پیشرفت‌های چند دهه اخیر در توسعه نوار‌های ابررسانا با دمای بالا و سایر مواد استفاده می‌کنند. بخشی از این پیشرفت‌ها توسط صنعت همجوشی هسته‌ای ایجاد شده است که مواد ابررسانا را در برخی از طراحی‌های راکتور هسته‌ای خود به کار می‌برد.

اما نوآوری اصلی در VEIR سیستم خنک‌کننده آن است. استیو اشورث، یکی از بنیانگذاران و مشاور VEIR، بیش از ۱۵ سال پیش ایده اولیه این سیستم خنک‌کننده را در آزمایشگاه ملی لس آلاموس به عنوان بخشی از یک پروژه تحقیقاتی بزرگ تحت حمایت وزارت انرژی توسعه داد. هنگامی که پروژه متوقف شد، این ایده تا حد زیادی فراموش شد.

هایدل و سایرین در Breakthrough Energy Ventures در سال ۲۰۱۹ هنگام تحقیق در مورد انتقال برق از این نوآوری مطلع شدند. امروز سیستم VEIR به صورت غیر فعال با نیتروژن خنک می‌شود که از طریق لوله‌ای با عایق خلاء که کابل ابررسانا را احاطه کرده است، جریان می‌یابد. از واحد‌های تبادل حرارت نیز در برخی از دکل‌های انتقال استفاده می‌شود.

هایدل گفت: «خطوط انتقالی که برای حمل این مقدار برق طراحی شده‌اند معمولاً بسیار بزرگتر از طراحی VEIR هستند و تلاش‌های دیگر برای کاهش اندازه خطوط با توان بالا به مسافت‌های کوتاه زیرزمینی محدود می‌شد.»

وی اضافه می‌کند: «توان بالا نیاز به ولتاژ بالا دارد و ولتاژ بالا نیاز به دکل‌های بلند و فضا‌های گسترده دارد و این دکل‌های بلند و فضا‌های گسترده عمیقاً ناپسند هستند. این یک واقعیت جهانی در تقریباً تمام نقاط جهان است.»

اولین خط تولید محصول VEIR برای انتقال جریان متناوب (AC) با ظرفیت انتقال تا ۴۰۰ مگاوات و ولتاژ تا ۶۹ کیلوولت طراحی شده است و این شرکت قصد دارد در آینده به محصولات با ولتاژ و توان بالاتر، از جمله خطوط جریان مستقیم (DC) گسترش یابد.

VEIR تجهیزات خود را به شرکت‌هایی که خطوط انتقال را نصب می‌کنند، می‌فروشد و تمرکز اصلی آن بر بازار ایالات متحده است.

هایدل معتقد است فناوری VEIR در بلندمدت به زودی برای پاسخگویی به تقاضای رو به افزایش برق و پروژه‌های جدید انرژی تجدیدپذیر در سراسر جهان مورد نیاز خواهد بود.