Страница: 8/9
Сверхпроводники можно использовать и для сооружения накопителей энергии. Накапливать энергию можно с помощью топливных элементов, вращающихся маховиков и даже просто поднимая насосами воду в специальные водохранилища, которая, когда нужно, приведет в движение турбины гидростанций. КПД всех этих накопителей весьма различен - от 30% для газовых турбин, 65% для поднятой воды до почти 100% для маховиков. Но КПД накопителей из сверхпроводников, в которых ток может циркулировать неограниченное время, будет практически равен 100%.
В заключение рассмотрим применение сверхпроводимости в транспорте на магнитной подвеске. Сегодня существуют электропоезда, способные развивать скорость около 300 км/ч. Такая скорость, однако, является почти предельной для колесных поездов: сила тяги становится недостаточной для преодоления сопротивления воздуха даже для поездов обтекаемой формы. Магнитная подвеска обещала очень быстрое, достаточно безопасное и удобное путешествие.
В первом проекте сверхпроводникового поезда рельсы состояли из двух рядов дискретных путевых шин, в которых движение поезда наводит ток. Горизонтальные шины создают подъемную силу в те моменты, когда над ними проходит поезд. Поскольку подъемная сила увеличивается по мере опускания поезда, его движение устойчиво в вертикальном направлении. Вертикально же стоящие шины обеспечивают некоторую устойчивость поезда в горизонтальном направлении: при смещении поезда с пути в них возникает ток, который возвращает поезд в положение равновесия. Однако при небольших скоростях этот ток слишком мал.
Через несколько лет была предложена более удачная конструкция пути. Путевые шины в этой конструкции представляют собой непрерывную металлическую полосу, имеющую профиль уголка. Как и в описанном выше проекте, горизонтальная часть полосы создает подъемную силу, а вертикальная обеспечивает боковую устойчивость поезда. Между шинами-полосами проложен третий рельс - линейный электродвигатель.
Такое устройство намного проще, чем в первом проекте, но вместе с тем обладает серьезным недостатком. В авиации существует такое понятие "коэффициент качества": он равен отношению подъемной силы и сопротивления движению. К сопротивлению, в данном случае сверхпроводникового поезда, надо отнести и тепловые потери тока в путевой несверхпроводящей шине. Например, в алюминиевом рельсе ток равен току в магните поезда; этот ток, нужный для создания сильного магнитного поля велик, соответственно велики и тепловые потери, и это сильно уменьшает коэффициент качества магнитного подвеса. Другая причина его снижения состоит в том, что ток магнита наводит ответные токи и в вертикальных участках путевой шины, которые дополнительно тормозят движение поезда.
Наконец, в конце шестидесятых годов был предложен, пожалуй наилучший из известных проектов сверхпроводникового поезда. В нем контуры токов, проходящих через магниты поезда и через путь, расположены так, что магнитный поток в путевых шинах, или ток в пути, можно сделать очень малым, а значит, коэффициент качества магнитного подвеса - достаточно большим и ограниченным, в сущности, только стоимостью магнита. Но для сохранения большой подъемной силы при этом приходится обеспечивать еще более высокую напряженность магнитного поля. Впрочем, для сверхпроводникового магнита это не составляет серьезной проблемы.
Каждый рельс имеет вид тонкой горизонтальной алюминиевой пластины, укрепленной на бетонных опорах. Сверху и снизу от нее симметрично располагаются сверхпроводящие плоские катушки поезда. Такая конструкция одновременно обеспечивает и вертикальную и горизонтальную устойчивость вагона, действуя в последнем отношении подобно ребордам на колесах. Вместе с тем она имеет и другие значительные преимущества по сравнению с конструкцией, в которой использовалась изогнутая уголком алюминиевая шина. Например, амплитуда колебаний вагона по вертикали при зазоре между ним и путем 20 см снижается до 1 см вместо 10 см, что немедленно испытают на себе пассажиры.
Реферат опубликован: 20/12/2006