هدف استارتاپ تغییر شبکه برق با خطوط انتقال ابررسانا | اخبار MIT

سال گذشته در ووبرن، ماساچوست، یک خط برق در یک زمین 100 فوتی مستقر شد. رهگذران چیز زیادی در مورد نصب نمی‌دانستند: این خط توسط قطب‌های استاندارد پشتیبانی می‌شد، که بیشتر ما میلیون‌ها بار از آن‌ها استفاده کرده‌ایم. در واقع، آشنایی با این منظره، بخش کلیدی وعده این فناوری است.

خطوط برای انتقال 5 تا 10 برابر خطوط انتقال معمولی با استفاده از ردپای و سطح ولتاژ یکسان طراحی شده‌اند. این برای کمک به آنها برای غلبه بر موانع نظارتی و مخالفت های جامعه که افزایش ظرفیت انتقال را در مناطق وسیعی از جهان تقریبا غیرممکن کرده است، به ویژه در آمریکا و اروپا، که در آن سیستم های توزیع برق جدید نقش حیاتی در تغییر به سمت انرژی های تجدیدپذیر ایفا می کنند، کلید خواهد بود. و انعطاف پذیری شبکه

این خطوط محصول سال ها کار استارتاپ VEIR است که توسط تیم هایدل ’05, SM ’06, SM ’09, PhD ’10 تأسیس شد. آنها از کابل های ابررسانا و یک سیستم خنک کننده اختصاصی استفاده می کنند که ظرفیت انتقال اولیه را تا 400 مگاوات و در نسخه های بعدی تا چندین گیگاوات را امکان پذیر می کند.

ما می‌توانیم سطوح توان بسیار بالاتر را در ولتاژ بسیار پایین‌تر مستقر کنیم، و بنابراین می‌توانیم همان توان بالا را به کار ببریم، اما با ردپای و تأثیر بصری که به مراتب کمتر مزاحم است، و بنابراین می‌توانیم بر بسیاری از مخالفت‌های عمومی و همچنین مکان‌یابی و مکان‌یابی غلبه کنیم. هایدل می‌گوید: موانع اجازه می‌دهند.

راه حل VEIR در زمانی می آید که بیش از 10000 پروژه های انرژی تجدیدپذیر در مراحل مختلف توسعه به دنبال مجوز برای اتصال به شبکه های ایالات متحده هستند. کاخ سفید دارد گفت ایالات متحده باید بیش از دو برابر ظرفیت انتقال منطقه ای موجود برای رسیدن به اهداف کربن زدایی 2035 باشد.

همه اینها در حالی رخ می دهد که تقاضای برق در بحبوحه استفاده روزافزون از مراکز داده و هوش مصنوعی و برقی شدن همه چیز از وسایل نقلیه مسافربری گرفته تا سیستم های گرمایش خانه افزایش یافته است.

با وجود این روندها، ساخت خطوط انتقال پرقدرت همچنان دشوار است.

«ساخت زیرساخت‌های انتقال توان بالا می‌تواند یک دهه یا بیشتر طول بکشد، و نمونه‌های زیادی از پروژه‌ها وجود دارد که مردم مجبور شده‌اند آن‌ها را رها کنند، زیرا متوجه شده‌اند که مخالفت‌های زیادی وجود دارد، یا پیچیدگی بیش از حدی وجود دارد که می‌توان آن را به‌طور مؤثر هزینه کرد. هایدل می گوید. ما می‌توانیم ولتاژ را کاهش دهیم، اما همان مقدار نیرو را حمل کنیم، زیرا می‌توانیم سیستم‌هایی بسازیم که در سطوح جریان بسیار بالاتری کار می‌کنند، و اینگونه است که خطوط ما می‌توانند در پس‌زمینه ذوب شوند و از مخالفت‌های مشابه جلوگیری کنند.»

هایدل می گوید که VEIR خط لوله ای از مشتریان علاقه مند از جمله شرکت های آب و برق، اپراتورهای مرکز داده، شرکت های صنعتی و توسعه دهندگان انرژی های تجدیدپذیر ایجاد کرده است. VEIR قصد دارد اولین آزمایشی در مقیاس تجاری خود را با قدرت بالا در سال 2026 تکمیل کند.

حرفه ای در زمینه انرژی

بیش از یک دهه در MIT، هایدل از یادگیری در مورد اصول مهندسی برق به مطالعه شبکه برق و بخش برق به طور گسترده تر رفت. این سفر شامل اخذ مدرک لیسانس، فوق لیسانس و دکترا از دپارتمان مهندسی برق و علوم کامپیوتر MIT و همچنین مدرک کارشناسی ارشد در برنامه فناوری و سیاست MIT بود که در حین کار در مقطع دکترا به دست آورد.

هایدل می گوید: «من با مشکل انرژی مواجه شدم و شروع کردم به تمرکز انحصاری روی انرژی و آب و هوا در مقطع کارشناسی ارشد.

هایدل پس از دکترای خود، به عنوان مدیر تحقیقات مطالعات آینده شبکه برق MIT انتخاب شد که در سال 2011 تکمیل شد.

هایدل می‌گوید: «این یک فرصت فوق‌العاده در ابتدای کار من برای بررسی کل چشم‌انداز و درک چالش‌های پیش روی شبکه برق و بخش برق به طور گسترده‌تر بود.» “این به من پایه خوبی برای درک شبکه، نحوه کارکرد آن، چه کسی درگیر، نحوه تصمیم گیری، نحوه کارکرد توسعه به من داد و در طول 30 سال آینده به نظر رسید.”

هایدل پس از ترک MIT در آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته وزارت انرژی (ARPA-E) و سپس در شرکت سرمایه گذاری Breakthrough Energy Ventures (BEV) بیل گیتس کار کرد و در آنجا به تحصیل در حوزه انتقال ادامه داد.

هیدل می‌گوید: «تقریباً هر سناریو و مطالعه‌ای که در دو دهه اخیر منتشر شده است به این نتیجه می‌رسد که برای دستیابی به کاهش تهاجمی انتشار گازهای گلخانه‌ای، باید مقیاس شبکه‌های برق را در سراسر جهان دو یا سه برابر کنیم.» اما زمانی که به داده‌های مربوط به سرعت گسترش شبکه‌ها، سهولت ساخت خطوط انتقال، هزینه ساخت انتقال جدید نگاه کردیم، تقریباً هر شاخص در جهت اشتباهی پیش می‌رفت. گیربکس با گذشت زمان گرانتر می شد و ساخت آن زمان بیشتری می برد. ما به شدت نیازمند یافتن راه حل جدیدی هستیم.»

بر خلاف خطوط انتقال سنتی ساخته شده از فولاد و آلومینیوم، خطوط انتقال VEIR از چندین دهه پیشرفت در توسعه نوارهای ابررسانا با دمای بالا و سایر مواد بهره می‌برد. بخشی از این پیشرفت ها توسط صنعت همجوشی هسته ای انجام شده است که مواد ابررسانا را در برخی از طرح های راکتور هسته ای خود گنجانده است.

اما نوآوری اصلی در VEIR سیستم خنک کننده است. استیو اشورث، یکی از بنیانگذاران و مشاور VEIR، بیش از 15 سال پیش در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس به عنوان بخشی از یک پروژه تحقیقاتی بزرگتر با بودجه وزارت انرژی، ایده اولیه سیستم خنک کننده را توسعه داد. وقتی پروژه تعطیل شد، این ایده تا حد زیادی فراموش شد.

هایدل و دیگران در Breakthrough Energy Ventures در سال 2019 هنگام تحقیق در مورد انتقال از این نوآوری آگاه شدند. امروزه سیستم VEIR به صورت غیرفعال با نیتروژن خنک می شود که از طریق یک لوله عایق خلاء که یک کابل ابررسانا را احاطه کرده است می گذرد. در برخی از دکل های انتقال نیز از واحدهای تبادل حرارتی استفاده می شود.

هایدل می‌گوید خطوط انتقالی که برای حمل این مقدار نیرو طراحی شده‌اند، معمولاً بسیار بزرگ‌تر از طراحی VEIR هستند و سایر تلاش‌ها برای کاهش ردپای خطوط پرقدرت به فواصل کوتاه زیر زمین محدود شده‌اند.

هایدل می‌گوید: «قدرت بالا به ولتاژ بالا نیاز دارد و ولتاژ بالا به برج‌های بلند و مسیرهای وسیع نیاز دارد، و آن برج‌های بلند و آن راست راه‌ها عمیقاً محبوب نیستند. “این یک حقیقت جهانی است که در سراسر جهان وجود دارد.”

حرکت قدرت در سراسر جهان

اولین خط تولید سربار جریان متناوب (AC) VEIR توانایی انتقال حداکثر 400 مگاوات و ولتاژ تا 69 کیلو ولت را دارد و این شرکت قصد دارد در آینده به محصولات ولتاژ بالاتر و توان بالاتر از جمله جریان مستقیم (DC) مقیاس دهد. ) خطوط.

VEIR تجهیزات خود را با تمرکز اصلی بر بازار ایالات متحده به شرکت های نصب کننده خطوط انتقال خواهد فروخت.

در بلندمدت، هایدل معتقد است که فناوری VEIR در اسرع وقت برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده برق و پروژه‌های انرژی تجدیدپذیر جدید در سراسر جهان مورد نیاز است.