Electrical conductivity and charge transport in polyethylene: fundamental science with important implication on HVDC technology

Research Project, 2015 – 2019

Den ökade industrialisering i Asien, Afrika och Sydamerika och i viss mån också i Europa och Nordamerika gör mänsklighetens energihunger allt större. Samtidigt lever vi med ett överhängande klimathot orsakad av växthuseffekten. Vi måste därför öka den förnyelsebara energiproduktionen (egentligen fel formulerat eftersom energi inte kan tillverkas; termodynamikens första huvudsats) för att klara dessa två utmaningar. Förnyelsebar energi betyder i klartext det som vi får från vår sol: solenergi, vindkraft och vågkraft. Inom dessa områden sker en snabb och mycket nödvändig utveckling. Mycket positivt. Solenergin räcker för att klara våra energiproblem bara en rad nyckeltekniker utvecklas väl. Skönt att veta. Ett viktigt problem som vi måste lösa är att energiproduktionen sker långt ifrån där den konsumeras, t.ex. i Sahara (solenergi) eller i Nordsjön (vindkraft). Vi måste kunna föra energin långa sträckor. Det görs bäst med elektriska ledningar. Problemet är att ledningarna måste gå över hav, berg och tätbefolkade områden. Den enda möjligheten är att använda en bra ledare av metall som är isolerad med plastskikt, alltså en kabel. Transport av el långa sträckor med kabel kräver likspänning för att inte förlusterna av energi skall bli för stora. En kabel som för växelström kan man bara använda korta sträckor, typ 50 km eller så. Med hjälp av likströmskablar kan vi alltså föra solenergin från Sahara till oss i Sverige. Förlusterna i kabeln minskar kraftigt om högre likspänning kan användas. Det finns i dagsläget strängsprutade kablar (den har tvärbunden polyeten som isolation) som klarar 320 kV (kV = tusen volt). För att klara energi och effektbehovet 2030 krävs att likspänningen i kabeln kan ökas till 1 MV (MV = miljoner volt). Detta är en viktig material/elektroteknisk utmaning för oss forskare. Vad händer om vi spänningsätter en 320 kV kabel med 1 MV? Den blir snabbt ruskigt varmt och tillslut fattar kabeln eld. Det beror på att en ström går genom isoleringen. Den strömmen värmer isolationsmaterialet som med tiden blir varmare och varmare tills kabeln fattar eld. Man kan ganska enkelt räkna ut att för att klara 1 MV likspänning så krävs det att isolationens elektriska ledningsförmåga måste minskas med en faktor 10 jämfört med dagens bästa material. Vårt forskningsprojekt har ett klart fokus på att studera polyetenmaterial på ett grundvetenskapligt sätt. Vi kommer att göra nya polyetenmaterial, dels superrena material och dels polyeten som innehåller små mängder av nanopartiklar (40 nm stora partiklar; 1 nm = 10?9 meter). Nanopartiklarna verkar som små dammsugare i materialet, dvs. drar åt sig föroreningar och ämnar som leder strömmen. Vi kommer göra materialen och testa dem med olika avancerade elektriska mätmetoder och vi kommer också att använda avancerad simuleringsteknik (räkna ut hur mycket ström som går igenom isolationen med hjälp av en dator). Klarar vi av detta har vi gjort en viktig insats för vårt energisystem. För Sverige är en sådan utveckling av en speciellt stor betydelse. Vi har två företag som har världsledande roller i likspänningsbranschen: ABB och Borealis. Lyckas vi med vår forskningen kan det betyda många nya arbetstillfällen i Sverige.

Participants

Collaborations

Funding

Related Areas of Advance and Infrastructure

Sustainable development

Driving Forces

Materials Science

Areas of Advance

More information

Latest update