Satu cadangan berani untuk menggunakan kabel berpenebat kaca bagi mewujudkan grid kuasa sedunia telah menarik perhatian dalam komuniti kejuruteraan, walaupun pakar-pakar membangkitkan persoalan serius mengenai pelaksanaan praktikalnya. Konsep ini berpusat pada penggunaan kaca silika lebur sebagai penebat untuk kabel arus terus voltan tinggi (HVDC), yang berpotensi membolehkan penghantaran kuasa antara benua dengan kos yang jauh lebih murah.
Cadangan tersebut mencadangkan pembuatan kabel di atas kapal menggunakan proses pembentukan kaca berterusan, meletakkannya terus di dasar lautan tanpa lapisan pelindung tradisional. Daripada penimbunan, kabel-kabel tersebut akan bergantung pada teknik pengerasan permukaan yang serupa dengan titisan Prince Rupert - formasi kaca yang terkenal dengan kekuatan melampau di bawah mampatan tetapi kegagalan bencana apabila rosak.
Keperluan Voltan Menolak Sempadan Teknikal
Aspek paling kontroversi melibatkan operasi pada 14 megavolt - kira-kira 13 kali lebih tinggi daripada sistem HVDC paling canggih hari ini. Projek komersial semasa biasanya beroperasi sekitar 1.1 megavolt, dan mencapai tahap itu pun memerlukan bertahun-tahun pembangunan daripada sistem 0.6-megavolt yang lebih awal. Jurutera dalam perbincangan menunjukkan bahawa membina pemutus litar yang mampu mengendalikan 14 megavolt memberikan cabaran yang sangat besar.
14MV akan mampu mengekalkan arka sepanjang 1400 kaki dalam atmosfera biasa. Saya bergelut untuk membayangkan bagaimana anda akan membina sesuatu seperti itu.
Keperluan voltan melampau ini berpunca daripada mengoptimumkan pertukaran antara ketebalan konduktor dan kos penebat. Walaupun matematik mungkin berfungsi di atas kertas, infrastruktur praktikal yang diperlukan untuk menyokong voltan sedemikian masih sebahagian besarnya teoretikal.
Perbandingan Voltan
- Sistem yang dicadangkan: 14 megavolt
- Maksimum HVDC semasa: 1.1 megavolt
- Generasi sebelumnya: 0.6 megavolt
- Faktor peningkatan voltan: ~13x teknologi semasa
Sifat Bahan Mewujudkan Dilema Kejuruteraan
Kaca menawarkan sifat penebat yang sangat baik - berpotensi 500 megavolt per meter berbanding 150 megavolt per milimeter untuk penebat plastik semasa. Walau bagaimanapun, perbincangan komuniti mendedahkan kebimbangan asas mengenai penggunaan kaca dalam persekitaran marin. Kerapuhan kaca mewujudkan paradoks: walaupun ia mungkin cukup kuat untuk menghancurkan batu di dasar lautan, sebarang kerosakan boleh merebak secara bencana sepanjang keseluruhan panjang kabel.
Ketidakpadanan pengembangan terma antara konduktor aluminium dan penebat kaca memberikan satu lagi cabaran yang ketara. Suhu lautan berbeza-beza dengan ketara, dan kadar pengembangan yang berbeza boleh mewujudkan tekanan dalaman yang menjejaskan integriti kabel dari masa ke masa.
Sifat Penebat
- Kaca silika terlakur: 500 MV/m
- Plastik XLPE (piawaian semasa): 150 MV/mm
- Kelebihan kaca: Berpotensi mempunyai kekuatan dielektrik yang unggul
Cabaran Pembuatan dan Pemasangan
Proses pembuatan yang dicadangkan melibatkan pengendalian relau kaca bersuhu tinggi di atas kapal sambil menavigasi keadaan lautan. Ini memberikan banyak halangan teknikal, daripada mengekalkan suhu tepat semasa ribut hingga memastikan diameter kabel yang konsisten semasa kapal bergerak melalui ombak. Kapal pembuatan perlu membawa kira-kira 40,000 tan pasir untuk kabel trans- Atlantic , memerlukan operasi bekalan semula yang kerap.
Proses pemasangan mengandaikan kabel boleh merentangi celah bawah air sehingga 64 meter tanpa putus. Walaupun ini mungkin berfungsi secara teori, dasar lautan sebenar mengandungi rupa bumi yang tidak teratur yang boleh melebihi had ini, berpotensi menyebabkan kegagalan kabel semasa pemasangan.
Spesifikasi Kabel
- Diameter: 80mm
- Kapasiti kuasa: 10 gigawatt
- Kelajuan pembuatan: 2 kilometer/jam
- Masa menyeberangi Atlantik: 4 bulan
- Keperluan bahan: 40,000 tan pasir
Janji Ekonomi Bertemu Realiti Teknikal
Walaupun terdapat cabaran teknikal, unjuran ekonomi adalah menarik. Cadangan tersebut menganggarkan kos kabel trans- Atlantic hanya 23 juta dolar Amerika Syarikat untuk bahan dan pemasangan - jauh lebih murah daripada alternatif konvensional. Walau bagaimanapun, angka ini tidak termasuk kos penyelidikan dan pembangunan, stesen penukar, dan infrastruktur ketara yang diperlukan untuk mengendalikan sistem 14-megavolt.
Komuniti kejuruteraan kekal skeptikal mengenai kebolehlaksanaan keseluruhan, terutamanya memandangkan tiada prototaip telah dibina untuk menunjukkan prinsip asas. Walaupun konsep tersebut mempamerkan pemikiran inovatif mengenai penghantaran kuasa, jurang antara pengiraan teoretikal dan pelaksanaan praktikal nampaknya besar.
Perbincangan ini menyerlahkan persoalan yang lebih luas mengenai keperluan penghantaran kuasa global. Walaupun teknologi mungkin secara teoretikal membolehkan perkongsian kuasa sedunia, cabaran infrastruktur grid semasa dalam benua individu mencadangkan bahawa penyelesaian tempatan dan serantau mungkin terbukti lebih praktikal daripada kabel antara benua.
Rujukan: Worldwide power grid with glass insulated HVDC cables.