Научно-технический совет Фонда перспективных исследований одобрил проект по разработке образца электродвигателя на основе высокотемпературных сверхпроводящих материалов второго поколения (ВТСП-материалов). Образец будет компактным, легким и достаточно мощным для того, чтобы использовать его в реальных транспортных средствах. Основным подрядчиком по проекту станет российский производитель ВТСП-провода второго поколения ЗАО "СуперОкс".
 
"Создание электродвигателя с высокой удельной мощностью открывает путь к прорывным электрическим энергоустановкам наземного, водного и воздушного транспорта. Расчеты показывают, что применение распределенной электрической тяги и гибридного привода в пассажирском самолете позволяет достичь снижения расхода топлива на 70% и шума на 65%, что будет революцией в авиации", - сообщает генеральный директор ЗАО "СуперОкс" Сергей Самойленков.

Сверхпроводники – это материалы с нулевым электрическим сопротивлением, но они приобретают свои удивительные свойства лишь при низких температурах. В течение более 70 лет после открытия эффекта сверхпроводимости необходимость глубокого охлаждения сдерживала широкое практическое применение. Уникальность высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) состоит в том, что требуемые свойства могут быть реализованы при температуре жидкого азота, которая сегодня легко достижима технически.

"В России есть технология мирового уровня по производству сверхпроводящего провода – ключевого элемента для построения сверхпроводниковых электрических машин. Одобренный сегодня проект может стать одним из шагов на пути создания в России новой индустрии высокотемпературных сверхпроводников. В частности, проблема охлаждения уже решена технически: для создания оптимальных условий работы двигателя можно использовать как сравнительно недорогой жидкий азот, так и современные системы криообеспечения, которые позволяют работать в замкнутом цикле без использования жидкого азота", - комментирует руководитель проекта Фонда Алексей Воронов.

При тех же размерах и весе сверхпроводниковые электродвигатели могут быть в несколько раз более мощными и при этом более экономичными, нежели обычные. Двигатель на сверхпроводниках очень эффективен уже при 5% номинальной мощности; в этих условиях обычные электромоторы практически неработоспособны из-за низкого КПД. На номинальном режиме сверхпроводники поднимают КПД машины выше 98%, что означает снижение потерь более чем в 3 раза по сравнению с используемыми сегодня электродвигателями.

Несмотря на то, что сегодня стоимость сверхпроводящего провода значительно выше, чем для медных проводов, эффект от использования ВТСП в электрических машинах тем выше, чем больше мощность машины.

Сферы применения высокотемпературных сверхпроводников

ВТСП имеет смысл применять везде, где необходима передача больших количеств энергии. ВТСП-провода имеют плотность тока более 500 А/мм2, что позволяет передавать без потерь по тонкому сверхпроводнику столько же энергии, сколько по медному кабелю с сечением в сотни раз больше.

Очевидная сфера применения сверхпроводников – электроэнергетика. Недавно разработанные сверхбыстрые токоограничивающие устройства на основе ВТСП и компактные сверхпроводниковые кабельные линии уже начинают внедряться в сетевой инфраструктуре развитых городов и крупных промышленных объектов. Это позволяет снизить потери, повысить надежность электроснабжения, снизить требования к закупаемому оборудованию, а значит, и его стоимость.

Сверхпроводники за счет высокой плотности тока позволяют в разы снизить размеры и вес электрических машин. Это уникальная возможность, так как большие габариты и вес современных электродвигателей и генераторов сдерживают развитие сразу в нескольких отраслях, не позволяя создавать региональные и магистральные летательные аппараты на электрической тяге, осложняя изготовление и эксплуатацию больших морских судов и ветрогенераторов. Например, современные судовые электродвигатели мощностью более 20 мегаватт имеют размеры и вес на пределе допустимого для их транспортировки от места производства.

Низкотемпературные проводники, промышленное использование которых началось в 1960-х, активно применяются в медицине для изготовления томографов. ВТСП-томографы смогут работать без применения жидкого гелия для охлаждения, что снизит стоимость эксплуатации: гелий является невозобновляемым ресурсом, стоимость которого выросла с 2000 года в 2 раза. Переход на безгелиевые томографы – серьезная стратегическая задача в сфере медицинской техники, и она может быть решена с помощью ВТСП-материалов.

Большие перспективы у сверхпроводниковых технологий в ускорительной технике: как для физики высоких энергий, так и для радиационной медицины. В перспективе, ВТСП будут применяться в новых космических устройствах, а также при создании высокочувствительных датчиков. Такое необычное свойство сверхпроводников, как магнитная левитация, найдет применение для манипуляторов и конвейеров "чистых комнат", в бесконтактных подшипниках, системах высокоскоростного транспорта.

В ближайшее время Фонд перспективных исследований планирует объявить открытый конкурс на лучшее применение высокотемпературных сверхпроводников для создания уникальных устройств и механизмов. Основная цель конкурса – акцентировать внимание научного сообщества на проблеме внедрения и использования ВТСП-материалов. Предполагается, что в конкурсе примут участие представители российских научно-исследовательских институтов и университетов.