L'energia rinnovabile è in aumento in Europa poiché l'economia si sviluppa lontano dall'uso di combustibili fossili come carbone e petrolio, ma una rete elettrica obsoleta fatica a tenere il passo con il rapido ritmo degli sviluppi.

Originariamente progettato per ottenere e distribuire energia da poche grandi fonti, La rete elettrica europea deve ora far fronte a una classe emergente di fonti energetiche, come solare, vento, marea e termica, da una serie di fornitori diversi. Le energie rinnovabili possono anche avere una disponibilità intermittente o produrre picchi di elettricità.

Questa irregolarità può stressare la rete di linee di distribuzione e sottostazioni che compongono la rete, causando guasti che possono comportare frequenti interruzioni di corrente, attrezzature danneggiate e perdita di produttività per l'economia.

Per tali ragioni, i produttori di energia indipendenti non possono essere autorizzati a collegare fonti di energia rinnovabile fino a quando la rete non viene aggiornata, creando un collo di bottiglia per i fornitori di energia.

"Le connessioni possono essere ritardate di anni o potrebbero non avvenire affatto, ' ha detto Yoram Valent, il co-fondatore della società israeliana GridON. "Ciò ha un impatto negativo sulla capacità degli operatori di servizi di alimentazione che possono offrire, ritardando al tempo stesso il potenziale flusso di entrate dalle auspicabili fonti rinnovabili a basse emissioni di carbonio.'

GridON realizza dispositivi chiamati limitatori di corrente di guasto (FCL), che vengono installati in punti chiave della rete per limitare correnti elettriche anomale.

Reagendo istantaneamente a guasti e picchi di corrente, Gli FCL migliorano la resilienza della rete e consentono di aumentare la capacità energetica - che può includere l'aggiunta di nuove fonti da produttori indipendenti - senza il compito molto costoso e dispendioso in termini di tempo di revamping dell'intera rete.

Produttori rinnovabili

Valent e i suoi colleghi hanno creato un FCL che è sul mercato dal 2013. Tuttavia, si è rivelato troppo grande e costoso per i produttori rinnovabili come i parchi eolici che alimentano il livello di distribuzione della rete.

Nell'ambito di un progetto finanziato dall'UE terminato lo scorso anno, hanno combinato la tecnologia di base utilizzata nel loro dispositivo su larga scala con un sistema di elettronica di potenza, per creare un FCL molto più piccolo e leggero adatto alla produzione di energia rinnovabile. È progettato per essere installato nelle sottostazioni di servizio o nei siti di generazione di energia e mitigare le correnti di guasto eccessive dalla fonte rinnovabile. La riduzione delle dimensioni della FCL ha anche contribuito a ridurne i costi.

Ciò significa che in futuro, le nuove fonti energetiche dovrebbero ottenere l'approvazione per connettersi alla rete molto più velocemente. Nel Regno Unito, uno dei paesi in cui la rete è obsoleta e necessita di un importante aggiornamento, Valent e i suoi colleghi sono a conoscenza di centinaia di richieste di produttori rinnovabili che vogliono collegarsi.

'Utilizzando il nostro FCL, garantiamo che la rete non sarà esposta a guasti eccessivi e le approvazioni di connessione possono passare più velocemente, "disse Valente. 'È un abilitatore per il collegamento di nuove fonti, rinnovabile o qualsiasi, alla griglia.'

L'uso di superconduttori, materiali che conducono elettricità senza perdere energia, potrebbe anche migliorare la tecnologia FCL. I materiali convenzionali come il filo di rame perdono una parte della loro energia mentre la carica passa attraverso il metallo. I superconduttori stessi non consentono la perdita di energia nella trasmissione, sebbene i superconduttori operativi consumino energia attraverso costosi sistemi di raffreddamento criogenici.

I limitatori di corrente di guasto superconduttori (SCFCCL) dovrebbero essere molto più efficaci dove sono coinvolte alte tensioni, combinando dissipazione a bassa potenza, alta sensibilità e un'alta velocità di funzionamento.

La sfida più grande è far funzionare i superconduttori a temperature più elevate:di solito devono essere vicini allo zero assoluto per funzionare in modo efficace. Ciò significa che gli SFCCL sono troppo costosi per un uso commerciale diffuso.

Potenza di trasmissione

Il professor Pascal Tixador e il suo gruppo dell'Institut Néel, uno dei laboratori del Centro nazionale francese per la ricerca scientifica, e soci, mirano a rendere gli SFCCL più convenienti e robusti come parte del progetto FASTGRID per sviluppare una migliore trasmissione di potenza.

Al fine di ridurre il costo degli SFCCL, il team sta progettando versioni migliori del ReBCO (terre rare, bario, ossido di rame) ora utilizzati nei loro dispositivi.

Stanno perseguendo l'applicazione di nuovi fili superconduttori con un componente di zaffiro da utilizzare negli SFCCL. Recenti scoperte hanno permesso la produzione di strati sottili dal minerale. Quando viene aggiunto un rivestimento superconduttivo, questi cavi hanno un'eccezionale capacità di limitare la corrente anomala e trasportare molte volte più corrente rispetto ai loro predecessori in rame, proprietà che sono state convalidate in laboratorio.

Il prossimo passo è valutare come potrebbero essere implementati in SFCCL su scala industriale e trovare un modo per renderli convenienti.

La tecnologia potrebbe essere vitale per i piani per creare una super rete europea e un mercato unico dell'energia. Al momento, ogni paese ha la propria infrastruttura energetica e l'energia non scorre liberamente attraverso i confini. Ma è stata proposta una nuova rete per mettere in comune l'elettricità che abbraccia l'Europa e la regione circostante. Dovrebbe aiutare con l'adozione delle energie rinnovabili, dove i brevi blackout sono un problema. An area depending on energy from a wind farm, Per esempio, could use energy produced elsewhere by solar in times of low wind.

Direct current

Developing a supergrid will require a new high voltage direct current (HVDC) grid system. Direct current is required to transport electricity over long distances instead of alternating current, which is more efficient in smaller networks. Però, fault current can be more severe when direct current is used, making FCLs even more crucial. 'FCLs can reduce the fault current that needs to be cut by a factor of 10, ' said Prof. Tixador.

SCFCLs are the only viable solution to limit abnormal currents produced by high voltages, according to Prof. Tixador. The goal of the EU-funded FASTGRID research is to provide high-voltage superconducting transmission lines that can be used in the next generation transmission network. SCFCLs, together with future energy storage systems, would be an important element in assuring the safety and reliability of the network.