.jpg)
Besproken Onderwerpen
Overzicht
Geavanceerde Materialen en de Slimme Technologieën van het Net
De Slimme Aanleg Van Kabelnetten en de Roman die van het Net Materialen Leiden
SF6 Verwijdering en Nieuwe Diëlektrica
De Elektronika van de Macht voor het Slimme Net: Nieuwe Apparaten en Nieuwe Materialen
De Verdeelde Technologieën van de Opslag van de Energie
Aangezien van de huidige generatie van machtsnetten het eind van hun nuttig leven nadert, verzoeken de openbare en privé instellingen de bouw van nieuwe netten--een Slim Net dat nieuwe technologieën om voor betaalbare en efficiënte die machtslevering en de integratie van macht opneemt toe te staan uit vernieuwbare energiebronnen wordt geproduceerd. De visie van het Slimme Net, zoals die door het Ministerie van de V.S. van Energie in zijn visie van het Net wordt bepaald 2030, is een „de 21ste eeuw elektrisch systeem dat iedereen op om het even welk ogenblik met overvloedige, betaalbare, schone, efficiënte, en betrouwbare stroom, overal.“ verbindt
Het Ontmoeten van velen en de gevarieerde verwachtingen voor Slimme Netten in de volgende tien jaar zal de ontwikkeling van nieuwe soorten kabel, kabeldiëlektrica, machtselektronika, kabelisolatie, en energieopslaggelegenheden betekenen. Voor dit om te gebeuren, zullen de Slimme Netten moeten een verscheidenheid van nieuwe materialen gebruiken die zich van galliumnitride aan suprageleiders aan koolstof uitstrekken nanotubes. De taak is dringender gezien, volgens vele waarnemers, de investering in elektriciteitsnetten in de V.S. en andere naties is achtergebleven, die een urgentie creëren aan verbetering.
Aldus is de kans die hier meer dan enkel een reactie worden besproken op wat enkel hype kan zijn; al drukte over Slimme Netten, wat waarvan meer politiek kunnen worden gemotiveerd dan gemotiveerd door echte behoeften. Als resultaat van zowel echte behoeften als de massieve kapitaalinvesteringen die om op Slimme Netten in het volgende decennium (vooral in de V.S.) worden verondersteld worden gemaakt, denkt NanoMarkets om onvergelijkelijke kansen voor fabrikanten van geavanceerde materialen en gespecialiseerde machtsapparaten en kabels te zien. Deze zullen nieuwe netarchitectuur toelaten evenals de controle en de betrouwbaarheid van het machtssysteem verbeteren, machtskwaliteit en apparatuur levens verbeteren, helpen en kosten drukken.
De Vooruitgang in materiële wetenschap is altijd conceptueel toegepast op het net, maar historisch gehad veel invloed bij de netontwikkeling niet. Een paar decennia geleden, bijvoorbeeld, werden de suprageleiders waarschijnlijk geworven om het gezicht van nettechnologie te veranderen, maar zij leefden niet hun belofte na. Men merkt in de industrie vaak op dat Thomas Edison vrij thuis met de nettechnologie van vandaag en materialen zou gevoeld hebben. En het is bijna zeker het geval dat meeste managers en de ingenieurs die elektriciteitsnetten op een basis behandelen van dag tot dag aan het op het materiële niveau zoals wordt samengesteld uit „enkel draad denken,“ aangezien één van hen het aan ons voorlegde.
Wat is veranderd is dat er een nieuwe nadruk op geavanceerde materialen als een terrein van techniek is dat bedrijfskans kan veroorzaken. Dit wordt vaak gesproken over in termen van de stijging van „nanotechnologie,“ hoewel deze benoeming een bit ruwe olie in de betekenis is dat veel meer dan „kleine technologie“ geïmpliceerd is. De nieuwe rente in geavanceerde materialen is een veel grotere tendens dan één die eenvoudig de machtsindustrie beïnvloedt, maar het beïnvloedt potentieel deze industrie op vele verschillende manieren.
Voor nu, merken wij slechts op dat, terwijl in het verleden, de verbeteringen in materialen en de componenten voor het net grotendeels stijgend zouden geweest zijn, is de materialenontwikkeling van vandaag op een punt dat mogelijke orde-van-omvang verbeteringen van prestaties maakt. Volgens het van het Ministerie die van de V.S. van Energie Nationale Laboratorium Op Energiegebied van de Technologie (NETL), volgende-generatie bereiken zal een machtsnet de ontwikkeling van verscheidene „kritieke“ technologieën vereisen. Deze omvatten geavanceerde leiders; supergeleidende materialen en uitrusting op hoge temperatuur; grote en kleinschalige elektrische opslaggelegenheden; verdeelde sensoren, slimme controles, en verdeelde energiebronnen; en machtselektronika.
De duidelijkste manier waarin de nieuwe materialen volgende-generatienetten kunnen beïnvloeden is door vooruitgang in geleidende materialen. Door geleidingsvermogen te verhogen wordt het mogelijk om naar ideal op weg te zijn waar de macht wordt geproduceerd waar het kan aan de laagste kosten worden gecreeerd en dan aan waar worden verscheept het het meest nodig is. Overweeg bijvoorbeeld het scenario waarin de energie goedkoop in Nevada gebruikend zonne thermische technologie werd geproduceerd en toen werd verscheept--ook aan lage kosten--aan Minnesota. Dit is nog ver van het zijn een mogelijkheid op dit ogenblik, maar zou kabels vereisen van nieuwe materialen worden gemaakt die in een Slim Net worden opgenomen om honderden Gigawatts van elektriciteit toe te laten om meer dan duizenden mijlen worden verscheept die.
Er zijn (minstens) drie ontwikkelingen in geavanceerde materialen die in deze context belangrijk zijn. De Samengestelde leiders zijn het conventioneelst hiervan en deze zijn reeds in gebruik door het bestaande net. De Samenstelling die systemen telegraferen gebruikt vaakst aluminium en zij worden gezegd om stroomsterktegrenzen met weinig verandering in de eisen ten aanzien van lijnsteun of torens te verdubbelen.
Meer revolutionair is het gebruik van suprageleiders. Zoals wij reeds van nota hebben genomen, beëindigde de eerste golf van belang in dit gebied in teleurstelling. Nochtans, is er wat beperkt gebruik die van 1G (eerste generatie) vandaag worden gemaakt suprageleiderdraad in de machtsindustrie; zij worden gebruikt in korte lijnsegmenten als uitgangen van verstopte hulpkantoren of op stedelijke gebieden en als beperkers van de foutenstroom. 2G de suprageleiderdraad en de suprageleiders op hoge temperatuur (HTS) kunnen in beperkte hoeveelheden worden gemaakt vandaag en het soort spectaculaire prestatiesvereisten hebben die kunnen zijn enkel wat de Slimme Netten van de toekomstige behoefte. Als voorbeeld van de vernieuwde rente in HTS voor de Slimme toepassingen van het Net, halen wij de aankondiging in Oktober 2009 door het Amerikaanse Bedrijf van de Suprageleider aan (AMSC) dat zijn suprageleiderdraad op hoge temperatuur voor het Project van Tres Amigas is gekozen. Dit is een „multi-mijl, driehoekige elektriciteitsweg geschikt om vele GigaWatts van vernieuwbare macht tussen drie machtsnetten over te brengen en in evenwicht te brengen.“
Het derde materiaal dat een kans voor nieuwe niveaus van geleidingsvermogen voor het Slimme Net biedt is koolstof nanotube-gebaseerde draden. De suggestie dat de koolstof nanotubes zou kunnen op deze wijze worden gebruikt werd eerst gedaan door recente Richard Smalley, en veel van het werk op dit gebied wordt nog gedragen bij de oude universiteit van Smalley, Rice University. Volgens onderzoekers daar, kunnen de draden CNT „100 miljoen ampèren van stroom meer dan duizenden mijlen zonder veel verlies in efficiency theoretisch leiden.“ Dit vergelijkt bij de draden van vandaag, die rond 2.000 ampèren van stroom meer dan honderden mijlen leiden, met ongeveer 6 percenten aan 8 die percent van de elektriciteit in de vorm van hitte wordt verloren. In een document in Juli 2009 in Nano Onderzoek wordt gepubliceerd, beschreven de onderzoekers in Rice University ook een methode om bundels van enig-ommuurde koolstof nanotubes centimeters in lengte te maken die CNTs van onbeperkte lengte kon uiteindelijk opbrengen die. Nochtans, van de drie ontwikkelingen in op slim-net betrekking hebbende geleidende materialen, is de draden CNT veruit het meest verste van daadwerkelijke introductie op de markt.
De Diëlektrische materialen worden gebruikt hoofdzakelijk in het machtsnet voor kabelisolatie (zij worden ook gebruikt in condensatoren). Zoals met geleidende materialen, is de verwachting dat de evolutie van het Slimme Net een behoefte aan verbeterde prestaties van diëlektrica zal veroorzaken; dat is betere diëlektrica zal worden vereist om de andere veranderingen in elektriciteitsnetten te steunen die de Slimme Netten worden verondersteld om in hun kielzog te brengen. Nochtans, in dit geval er eveneens een milieuoverweging, namelijk de behoefte is om zwavelhexafluoride (SF6) te vervangen. SF6 is uitstekende diëlektrisch die wijd in stroomonderbrekers met hoog voltage, schakelaardozen, en transmissielijnen wordt gebruikt. Maar het is ook een belangrijk broeikasgas. Er is duidelijk een buitenbeentje tussen het Slimme concept van het Net als manier om het milieu en het algemene gebruik van een materiaal te verbeteren bovengenoemd om ongewenste klimaatverandering te bevorderen.
In termen van prestaties, zullen nanomaterials waarschijnlijk, nogmaals, in de diëlektrische ruimte belangrijk zijn. Één veel geworven kans voor nanotechnologie in diëlektrica kan op het gebied van nanofillers worden gevonden. Deze worden gezegd om doorbraakprestaties in voltageduurzaamheid en analysesterkte te verstrekken. Nanocoatings kon betere diëlektrica ook toelaten, hoewel deze aanvankelijk in combinatie met traditionele glasvezelmaterialen voor isolatie zullen worden gebruikt. De overgang naar het exotische nieuwe leiders supergeleidend gebruiken en nanotube materialen kan nieuwe vormen van diëlektrica volledig goed vereisen; van de huidige generatie van diëlektrica kan volledig ongepast op hun niveau van prestaties zijn.
Veel kan het zelfde van machtselektronika voor het Slimme Net worden gezegd. De elektronikaapparaten van de Macht voor het traditionele net--apparaten die statische VAR compensatoren, stroomonderbrekers in vaste toestand, en transformatoren in vaste toestand omvatten--zijn gemaakt gebruikend conventionele siliciumprocessen. Nogmaals, is er een groeiende overtuiging dat deze conventionele apparaten het niet in hen hebben om aan de vereisten van het Slimme Net in termen van voltage, het schakelen snelheid en thermische veerkracht te voldoen.
Dit heeft tot kansen die geleid, zowel voor de apparaten van de machtselektronika uit nieuwe materialen worden gemaakt als voor nieuwe soorten de apparaten van de machtselektronika. Wat betreft de nieuwe materialen, twee die bij of dichtbij introductie op de markt zijn zijn siliciumcarbide en galliumnitride. Deze verstrekken beduidend hogere analysesterkte, potentieel lagere omschakelingsverliezen en hogere tolerantie van hoge verbindingstemperaturen dan silicium. Andere materialen die voor de machtselektronika zijn geworven van het volgende-generatienet omvatten zinkoxyde en zelfs diamant. In een afzonderlijke maar verwante ontwikkeling, verschijnt een nieuwe generatie van de apparaten van de machtselektronika ook die de processen van de elektriciteitscontrole in het Slimme Net gemakkelijker efficiënter zal maken te leiden en. Deze omvatten de in het bijzonder verenigde controlemechanismen van de machtsstroom, overdrachtschakelaars in vaste toestand en dynamische remmen.
Een Andere interessante klasse van apparaat--AC/DC omschakelaars--vertegenwoordigt, natuurlijk, een volledig rijpe technologie in zijn huidige vorm. Nochtans, zouden de nieuwe en betere materialen moeten deze omschakelaars aan een punt brengen waar de grote gebieden in Slimme Netten kunnen kunnen werken gebruikend GELIJKSTROOM.
De Verdeelde energieopslag is een zeer belangrijk deel van het Slimme concept van het Net, die betere efficiency van het net toelaten als geheel evenals beter lading-nivelleert en steun voor noodsituaties en netstroomonderbrekingen. Bovendien is de energieopslag van uitstekende kwaliteit een zeer belangrijk vereiste verbonden aan alternatieve energiebronnen, omdat deze nieuwere energiebronnen van aard intermitterend zijn; photovoltaics veroorzaakt geen energie bij nacht, bijvoorbeeld.
In theorie, bijna kan om het even welk soort conventioneel batterijsysteem in Slimme Netten worden gebruikt, maar de nieuwe opslagtechnologieën verschijnen nu die specifiek worden gericht op de Slimme markt van het Net. De Gebieden waar deze nieuwe technologieën verschijnen omvatten gepompte hydro, samengeperste lucht, vliegwiel, chemische opslag, ultracapacitor en supergeleidende magnetisch. Nochtans, gelooft NanoMarkets dat de opwindendste kansen in de Slimme opslag van het Net zullen komen uit materialen en systementoepassingen van chemische batterijen en ultracapacitors.
De Chemische batterijen en ultracapacitors bieden een dwingend waardevoorstel in vergelijking met andere oplossingen aan aangezien zij de meest economische oplossingen voor elektroopslag zijn en niet beperkt tot bepaalde geografische plaatsen zijn. Zij hebben ook een uiterst kleine koolstofvoetafdruk, en bieden vandaag significante potentiële toepassingen aan evenals evolueert een roadmap aan diepere marktpenetratie als de materialenverbeteringen en de productieverbeteringen/kostenverminderingen tijdens het volgende decennium.
De Slimme netopslag kan in opslag op korte termijn voor lading worden gecategoriseerd die nivelleren en kwaliteitsgebruik (een minder dan minuut) en de opslag op langere termijn voor piek die/laadt het verplaatsen van toepassingen (opslag voor notulen of uren) scheren. Ultracapacitors is passend om het nivelleren en kwaliteitstoepassingen te laden aangezien zij een uiterst snelle lossing en het laden reactie hebben, een hoge huidige capaciteit hebben en gecirkelde honderdduizenden tijden zonder degradatie kunnen zijn aan hun opslagcapaciteit. De Chemische batterijen zijn ideale kandidaten voor piek het scheren toepassingen aangezien zij hogere energiedichtheid en in veel gevallen lange de dienstlevens hebben.
Bron: Het Slimme Net Vonkt Kansen voor Geavanceerde Materialen
Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve NanoMarkets