Diseño óptimo de cables de potencia bipolar de corriente continua de media tensión y alta densidad de potencia para la transmisión de energía lunar
Autores: Saha, Anoy; Ghassemi, Mona
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Diseño óptimo de cables de potencia bipolar de corriente continua de media tensión y alta densidad de potencia para la transmisión de energía lunar
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Sistemas de energía
Superficie lunar
Líneas de energía
Entorno hostil
Métodos de transmisión
Despliegue subterráneo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 39
Citaciones: Sin citaciones
Los sistemas de energía en la superficie lunar requieren líneas de energía de diferentes longitudes y capacidades para conectar las instalaciones de generación, almacenamiento y carga. Estas líneas deben ser diseñadas para funcionar de manera eficiente en el duro entorno lunar, considerando factores como peso, volumen, seguridad, rentabilidad y fiabilidad. Los métodos tradicionales de transmisión de energía enfrentan desafíos en este entorno debido a las fluctuaciones de temperatura, los impactos de micrometeoritos y la radiación ionizante. El despliegue subterráneo, aunque generalmente más seguro, enfrenta desafíos debido a la baja conductividad térmica del suelo. A una profundidad de 30 cm, la temperatura lunar de -23.15 grados C puede ser ventajosa para gestionar el calor residual. Este estudio presenta un enfoque novedoso, desarrollado utilizando COMSOL Multiphysics, para diseñar cables MVDC bipolares para la transmisión de energía subterránea lunar. Se elige Kapton MT+ como material aislante por sus propiedades excepcionales, que incluyen alta conductividad térmica y una resistencia dieléctrica superior. Los cables están diseñados para voltajes de +/-10 kV y +/-5 kV y capacidades de 200 kW (baja potencia), 1 MW (potencia media) y 2 MW (alta potencia). Nuestros hallazgos indican que los conductores de aluminio ofrecen un rendimiento superior en comparación con el cobre en niveles de potencia media y alta. Además, los niveles de voltaje elevados (+/-10 kV) mejoran el diseño del cable y la eficiencia de transferencia de energía. Estos cables diseñados especialmente son adecuados para un funcionamiento eficiente en el desafiante entorno lunar.
Descripción
Los sistemas de energía en la superficie lunar requieren líneas de energía de diferentes longitudes y capacidades para conectar las instalaciones de generación, almacenamiento y carga. Estas líneas deben ser diseñadas para funcionar de manera eficiente en el duro entorno lunar, considerando factores como peso, volumen, seguridad, rentabilidad y fiabilidad. Los métodos tradicionales de transmisión de energía enfrentan desafíos en este entorno debido a las fluctuaciones de temperatura, los impactos de micrometeoritos y la radiación ionizante. El despliegue subterráneo, aunque generalmente más seguro, enfrenta desafíos debido a la baja conductividad térmica del suelo. A una profundidad de 30 cm, la temperatura lunar de -23.15 grados C puede ser ventajosa para gestionar el calor residual. Este estudio presenta un enfoque novedoso, desarrollado utilizando COMSOL Multiphysics, para diseñar cables MVDC bipolares para la transmisión de energía subterránea lunar. Se elige Kapton MT+ como material aislante por sus propiedades excepcionales, que incluyen alta conductividad térmica y una resistencia dieléctrica superior. Los cables están diseñados para voltajes de +/-10 kV y +/-5 kV y capacidades de 200 kW (baja potencia), 1 MW (potencia media) y 2 MW (alta potencia). Nuestros hallazgos indican que los conductores de aluminio ofrecen un rendimiento superior en comparación con el cobre en niveles de potencia media y alta. Además, los niveles de voltaje elevados (+/-10 kV) mejoran el diseño del cable y la eficiencia de transferencia de energía. Estos cables diseñados especialmente son adecuados para un funcionamiento eficiente en el desafiante entorno lunar.