Materiales compuestos y energías renovables: impulsando el futuro

El cambio climático es posiblemente la mayor amenaza para nuestro planeta, y sus efectos a largo plazo son variables en magnitud y difíciles de predecir. Los patrones climáticos extremos resultantes pueden dañar la infraestructura, amenazar la seguridad alimentaria, degradar el medio ambiente y representar un riesgo para la salud y la seguridad humanas.

Un cambio poderoso

Uno de los principales contribuyentes al cambio climático es la producción de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono y el óxido nitroso. La generación de energía produce una cantidad significativa de emisiones, representando 33,3 mil millones de toneladas en 2019. Aunque es una cifra alta, esto no fue un aumento de las emisiones de generación de energía en 2018, rompiendo la pendiente ascendente anterior en emisiones.

La estabilidad de las emisiones se atribuyó en gran medida al aumento global de las transiciones de energía renovable. Teniendo esto en cuenta, la adopción mundial de energía renovable debe seguir aumentando si queremos minimizar el cambio climático.
 
 
La energía eólica se ha convertido en una fuente de energía renovable popular a nivel mundial, con más de 340.000 turbinas eólicas en el planeta y una capacidad energética total de 597 GW. La energía eólica es particularmente ventajosa sobre otros recursos de energía renovable, ya que no requiere agua y ocupa un espacio lateral mínimo. Pero la creación de recursos energéticos potentes y respetuosos con el medio ambiente requiere una elección de material igualmente beneficiosa para producir y transmitir su energía.
 
Compuestos inteligentes

Los composites ya son bien conocidos por ayudar al sector de la energía eólica. Una cantidad significativa de la fuerza de una pala de turbina proviene de sus casquetes, que son las vigas de soporte dentro de las palas. Hacer las tapas de los largueros de fibra de carbono reduce el peso de la pala de la turbina, por lo que los fabricantes pueden producir palas más largas. Esto, a su vez, aumenta la producción de energía y la eficiencia de la turbina eólica.

Sin embargo, para aumentar la adopción de la energía eólica en la infraestructura generalizada, necesitamos no solo optimizar el rendimiento de las turbinas eólicas, sino también su transmisión de energía a través de la red. El principal factor limitante de la cantidad de energía eólica que se puede conectar a la red suele ser la capacidad de corriente máxima de las líneas aéreas.
 
La capacidad de corriente máxima está determinada por el límite de temperatura de la línea, lo que garantiza una distancia segura entre la línea y el suelo. Ir más allá del umbral de capacidad actual sobrecalienta el cable, lo que hace que el material conductor se expanda y la línea eléctrica se alargue, lo que desencadena una "caída térmica". La caída de una línea eléctrica puede provocar cortes de energía y también representar un riesgo para la salud y la seguridad.
Una solución es instalar más líneas de cable, pero esto no es tan simple como parece. Una revisión de los cables de alimentación es un gran proyecto que implica la adquisición de nuevos derechos sobre la tierra, la aprobación de regulaciones ambientales, un tiempo de instalación prolongado y costos laborales adicionales. Esta opción requiere mucho tiempo para implementarse, con importantes costos financieros asociados. Una solución más rápida y rentable es actualizar las líneas existentes.
 
Hasta el alambre

Los cables de alimentación tradicionales, o conductores, son conductores de aluminio reforzados con acero (ACSR) que consisten en un anillo conductor de aluminio exterior con un núcleo de acero que proporciona soporte y resistencia. Sin embargo, el acero tiene un alto coeficiente de expansión térmica (CTE), lo que significa que los cables con núcleo de acero se expanden significativamente cuando se calientan, lo que produce un hundimiento térmico.

Los conductores con núcleo de acero se pueden reemplazar por otros con un núcleo compuesto, conductores de aluminio reforzado con compuesto (ACCR), utilizando la infraestructura de red existente. Los núcleos compuestos tienen un CTE mucho más bajo que el acero, lo que significa que
pueden soportar temperaturas más altas sin hacer que el cable se combe, lo que lo convierte en un conductor de alta temperatura y baja deformación (HTLS).

Los conductores con núcleo compuesto pueden transportar aproximadamente el doble de corriente que los conductores con núcleo de acero a temperaturas de funcionamiento mucho más frías. Los núcleos compuestos también tienen una relación resistencia / peso alta que el acero, lo que permite una mayor cantidad de aluminio en el cable para la transmisión de potencia sin apelmazar el cable.

Los conductores HTLS de núcleo compuesto están creciendo rápidamente en el mercado de la energía de sobrecalentamiento, lo que ayuda a disminuir el hundimiento térmico y a entregar más energía. Con núcleos compuestos que aumentan la capacidad máxima de corriente de los cables aéreos, se puede aumentar el potencial de transmisión de energía desde la energía eólica a la infraestructura.

La Fábrica de cables de Fongming de Yangzhou, especializada en la producción de cables de alta temperatura .