Θεωρία Της Υπεραγωγιμότητας Και Εφαρμογές Υπεραγώγιμων Υλικών Σε Ενεργειακές Διατάξεις

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελείται από τρία κεφάλαια. Το πρώτο κεφάλαιο πραγματεύεται τη γενική Θεωρία της Υπεραγωγιμότητας έτσι όπως έχει αναπτυχθεί μέχρι σήμερα. Αναλύονται τα βασικά μέρη της θεωρίας της υπεραγωγιμότητας, καθώς και οι μαγνητικές ιδιότητες των υπεραγώγιμων υλικών. Εξετάζεται επίσης η μοντελοποίηση των υπεραγωγών με τη βοήθεια του μοντέλου των δύο ρευστών και των εξισώσεων London. Γίνεται αναφορά στις ιδιότητες των υπεραγωγών σε υψηλές συχνότητες, οι οποίες έχουν εφαρμογή στον τομέα των τηλεπικοινωνιών. Στη συνέχεια γίνεται μία προσέγγιση στη κβαντική θεώρηση του φαινομένου της υπεραγωγιμότητας, καθώς και μία αναφορά στη μικροσκοπική θεωρία του φαινομένου. Στο τελευταίο μέρος του πρώτου κεφαλαίου αναλύεται ο μηχανισμός λειτουργίας και οι ιδιότητες των υπεραγωγών τύπου 2, οι οποίοι παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον στα πλαίσια των ενεργειακών εφαρμογών.Στο δεύτερο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας εξετάζονται οι κυριότερες εφαρμογές των υπεραγωγών υψηλής κρίσιμης θερμοκρασίας σε ενεργειακές διατάξεις. Γίνεται αναφορά και ανάλυση των δημοφιλέστερων υπεραγώγιμων υλικών που χρησιμοποιούνται από τις βιομηχανίες σήμερα, η πλειονότητα των οποίων ανήκει στα κεραμικά υλικά. Στη συνέχεια αναλύονται οι επικρατούσες τοπολογίες που χρησιμοποιούνται για την ψύξη και τη θερμική μόνωση των υπεραγώγιμων διατάξεων. Στο τελευταίο κομμάτι του θεωρητικού μέρους της εργασίας γίνεται μία εισαγωγή στις δημοφιλέστερες ενεργειακές εφαρμογές των υπεραγώγιμων υλικών. Αναλύεται η χρήση τους, η τοπολογία τους και τα σημαντικότερα κατασκευαστικά ζητήματα που εγείρει η προσπάθεια βελτιστοποίησης του λόγου του κόστους προς απόδοση, κατά τη διάρκεια της μόνιμης λειτουργίας τους. Πιο συγκεκριμένα, εξετάζονται οι υπεραγώγιμες ηλεκτρικές μηχανές εναλλασσομένου ρεύματος, η χρήση μετασχηματιστών με υπεραγώγιμα τυλίγματα, καθώς και οι υπεραγώγιμοι περιοριστές ρευμάτων σφάλματος σε ηλεκτρικά δίκτυα μεγάλης κλίμακας. Τελος, προσεγγίζονται οι διάφορες μορφές των υπεραγώγιμων γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας που έχουν κατασκευαστεί μέχρι σήμερα.Το τρίτο και τελευταίο κεφάλαιο περιέχει την προσομοίωση μίας υπεραγώγιμης γραμμής μεταφοράς ηλεκτρικού ρεύματος, κατά τη μετάβαση από την υπεραγώγιμη στην κανονική κατάσταση. Εξετάστηκε η συμπεριφορά της διάταξης, καθώς και η διακύμανση κρίσιμων μεγεθών σε συνθήκες εφαρμογής υψηλής ισχύος. Η προσομοίωση πραγματοποιήθηκε με τη χρήση λογισμικού το οποίο βασίζεται στην αριθμητική μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων.