Süper iletken manyetik enerji depolama - Superconducting magnetic energy storage

Süper iletken manyetik enerji depolama
Spesifik enerji 1–10 W·h / kg (4–40 kJ/kg)
Enerji yoğunluğu 40 kJ / L'den az
özgül güç ~ 10.000–100.000 kW/kg
Şarj/deşarj verimliliği %95
Kendi kendine deşarj oranı %0
Döngü dayanıklılığı Sınırsız döngü

Manyetik enerji depolama (KOBİ) süper-iletken sistemleri enerji depolamak içinde manyetik alan akışı tarafından oluşturulan doğru akım , bir de süper-iletken olan bobine kriyojenik onun altındaki bir sıcaklığa soğutulur süper iletken kritik sıcaklık .

Tipik bir SMES sistemi üç bölümden oluşur: süper iletken bobin , güç koşullandırma sistemi ve kriyojenik olarak soğutulan buzdolabı. Süper iletken bobin bir kez şarj edildiğinde, akım azalmaz ve manyetik enerji süresiz olarak depolanabilir.

Depolanan enerji, bobini boşaltarak şebekeye geri verilebilir. Güç düzenleme sistemi kullanan frekans / redresör dönüştürmek için alternatif akım doğru akıma veya AC güç DC geri dönüştürmek için (AC) güç. Evirici/doğrultucu her yönde yaklaşık %2–3 enerji kaybına neden olur. KOBİ'ler , diğer enerji depolama yöntemlerine kıyasla enerji depolama sürecinde en az miktarda elektrik kaybeder . KOBİ sistemleri oldukça verimlidir; gidiş-dönüş verimliliği %95'ten fazladır.

Soğutmanın enerji gereksinimleri ve süper iletken telin yüksek maliyeti nedeniyle , SMES şu anda kısa süreli enerji depolaması için kullanılmaktadır. Bu nedenle, SMES en yaygın olarak güç kalitesini iyileştirmeye adanmıştır .

Diğer enerji depolama yöntemlerine göre avantajlar

Diğer enerji depolama yöntemleri yerine süper iletken manyetik enerji depolamayı kullanmanın birkaç nedeni vardır. KOBİ'lerin en önemli avantajı, şarj ve deşarj sırasındaki zaman gecikmesinin oldukça kısa olmasıdır. Güç neredeyse anında mevcuttur ve kısa bir süre için çok yüksek güç çıkışı sağlanabilir. Pompalanan hidro veya sıkıştırılmış hava gibi diğer enerji depolama yöntemleri, depolanan mekanik enerjinin tekrar elektriğe dönüştürülmesiyle ilişkili önemli bir zaman gecikmesine sahiptir . Bu nedenle, talep acilse, KOBİ'ler uygun bir seçenektir. Diğer bir avantajı ise elektrik akımlarının neredeyse hiç dirençle karşılaşmaması nedeniyle güç kaybının diğer depolama yöntemlerine göre daha az olmasıdır . Ek olarak, bir SMES'deki ana parçalar hareketsizdir ve bu da yüksek güvenilirlik ile sonuçlanır.

Mevcut kullanım

Ticari kullanım için birkaç küçük KOBİ birimi ve birkaç büyük test yatağı projesi bulunmaktadır. Özellikle mikroçip üretim tesisleri gibi ultra temiz güç gerektiren üretim tesislerinde güç kalitesi sağlamak için dünya çapındaki tesislerde güç kalitesi kontrolü için birkaç 1 MW·h birimi kullanılmaktadır .

Bu tesisler aynı zamanda dağıtım sistemlerinde şebeke istikrarını sağlamak için de kullanılmıştır . KOBİ'ler ayrıca yardımcı uygulamalarda da kullanılmaktadır. Kuzey Wisconsin'de , bir iletim döngüsünün kararlılığını artırmak için bir dizi dağıtılmış SMES birimi konuşlandırıldı. İletim hattı, bir kağıt fabrikasının çalışması nedeniyle, kontrolsüz dalgalanmalar ve voltaj çökmesi potansiyeli olan büyük, ani yük değişikliklerine tabidir.

Mühendislik Test Modeli, yaklaşık 20 MW·h kapasiteli, 30 dakika boyunca 40 MW veya 2 saat boyunca 10 MW güç sağlayabilen büyük bir KOBİ'dir.

Sistem mimarisi

Bir KOBİ sistemi tipik olarak dört bölümden oluşur

Süper iletken mıknatıs ve destekleyici yapı

Bu sistem, süper iletken bobin, bir mıknatıs ve bobin korumasını içerir. Burada enerji, bobini daha büyük sistemden ayırarak ve daha sonra süper iletken bobinde bir akımı indüklemek için mıknatıstan elektromanyetik indüksiyon kullanarak depolanır. Bu bobin daha sonra bobin kısmen veya tamamen boşaldıktan sonra bobin daha büyük sisteme yeniden bağlanana kadar akımı korur.

Soğutma sistemi

Soğutma sistemi, bobini çalışma sıcaklığına kadar soğutarak bobinin süper iletken durumunu korur.

Güç koşullandırma sistemi

Güç koşullandırma sistemi tipik olarak DC'yi AC akımına ve bunun tam tersi şekilde dönüştüren bir güç dönüştürme sistemi içerir.

Kontrol sistemi

Kontrol sistemi, şebekenin güç talebini izler ve bobinden gelen ve bobine giden güç akışını kontrol eder. Kontrol sistemi ayrıca buzdolabını kontrol ederek SMES bobininin durumunu da yönetir.

Çalışma prensibi

Faraday'ın indüksiyon yasasının bir sonucu olarak , zamanla değişen bir manyetik alan oluşturan herhangi bir tel döngüsü de bir elektrik alanı oluşturur. Bu işlem, elektromotor kuvvet (EMF) yoluyla telden enerji alır . EMF, iletken bir döngünün bir turunu geçtiğinde birim yük üzerinde yapılan elektromanyetik iş olarak tanımlanır. Enerji artık elektrik alanında depolanmış olarak görülebilir. Bu işlem, elektrik potansiyeli çarpı toplam yükün zamana bölünmesine eşit güce sahip telden gelen enerjiyi kullanır. Burada Ɛ voltaj veya EMF'dir. Gücü tanımlayarak böyle bir elektrik alanı yaratmak için gereken işi hesaplayabiliriz. Enerji korunumu nedeniyle, bu iş miktarı da alanda depolanan enerjiye eşit olmalıdır.

Bu formül, ikame ile elektrik akımının ölçülmesi daha kolay değişkeninde yeniden yazılabilir.

Amper'deki elektrik akımı nerede. EMF Ɛ bir endüktanstır ve bu nedenle şu şekilde yeniden yazılabilir:

Değiştirme şimdi şunları verir:

Burada L, Henry'de ölçülen endüktans adı verilen bir doğrusallık sabitidir. Şimdi güç bulunduğuna göre, yapılacak tek şey işi bulmak için iş denklemini doldurmak.

Daha önce de belirtildiği gibi, iş, alanda depolanan enerjiye eşit olmalıdır. Bu hesaplamanın tamamı tek bir ilmekli kabloya dayanmaktadır. Birden çok kez ilmeklenen teller için İndüksiyon L artar, çünkü L basitçe voltaj ile akımın değişim oranı arasındaki oran olarak tanımlanır. Sonuç olarak, bobinde depolanan enerji şuna eşittir:

Nereye

E = joule cinsinden ölçülen enerji

L = henry cinsinden ölçülen endüktans

I = amper cinsinden ölçülen akım

Şimdi dikdörtgen kesitli iletkenlere sahip silindirik bir bobin düşünelim . Ortalama yarıçapı , bobinin a ve b genişlik ve iletken derinliği olan R'dir. f, farklı bobin şekilleri için farklı olan form fonksiyonu olarak adlandırılır. ξ (xi) ve δ (delta), bobinin boyutlarını karakterize etmek için iki parametredir. Bu nedenle, aşağıda gösterildiği gibi silindirik bir bobinde depolanan manyetik enerjiyi yazabiliriz. Bu enerji, bobin boyutlarının, dönüş sayısının ve taşıma akımının bir fonksiyonudur.

Nereye

E = joule cinsinden ölçülen enerji

I = amper cinsinden ölçülen akım

f(ξ,δ) = form fonksiyonu, amper-metre başına joule

N = bobin dönüş sayısı

Solenoid toroide karşı

Telin özelliklerinin yanı sıra, bobinin konfigürasyonu, makine mühendisliği açısından önemli bir konudur . Bobinin tasarımını ve şeklini etkileyen üç faktör vardır - bunlar: Düşük gerilim toleransı, soğutma üzerine termal büzülme ve yüklü bir bobinde Lorentz kuvvetleri . Bunların arasında, gerinim toleransı herhangi bir elektriksel etki nedeniyle değil, SMES'in kırılmasını önlemek için ne kadar yapısal malzeme gerektiğini belirlediği için çok önemlidir. Küçük SMES sistemleri için %0,3 gerinim toleransı iyimser değeri seçilir. Toroidal geometri, harici manyetik kuvvetlerin azaltılmasına yardımcı olabilir ve bu nedenle gereken mekanik desteğin boyutunu azaltır. Ayrıca, düşük harici manyetik alan nedeniyle, toroidal SMES, bir kamu hizmeti veya müşteri yükünün yakınına yerleştirilebilir.

Küçük KOBİ'ler için, bobinlemeleri kolay olduğu ve ön sıkıştırmaya gerek olmadığı için genellikle solenoidler kullanılır. Toroidal SMES'de bobin, kırılmayı önlemek için biri üstte diğeri altta olmak üzere dış çemberler ve iki disk tarafından her zaman sıkıştırılır . Şu anda, küçük SMES için toroidal geometriye çok az ihtiyaç vardır, ancak boyut arttıkça mekanik kuvvetler daha önemli hale gelir ve toroidal bobine ihtiyaç duyulur.

Daha eski büyük KOBİ konseptleri, genellikle, toprağa gömülü yaklaşık 100 m çapında düşük en-boy oranlı bir solenoid içeriyordu . Boyutun en uç noktasında, 1 MJ'ye yakın enerji depolama aralığı için mikro-SMES solenoidleri kavramı bulunur.

Düşük sıcaklık ve yüksek sıcaklık süper iletkenleri

Kararlı hal koşulları altında ve süper iletken durumda, bobin direnci ihmal edilebilir. Ancak, süperiletkeni serin tutmak için gerekli olan buzdolabı, elektrik enerjisine ihtiyaç duyar ve bu soğutma enerjisi, bir enerji depolama cihazı olarak KOBİ'lerin verimliliği değerlendirilirken dikkate alınmalıdır.

Yüksek sıcaklıklı süperiletkenlerin (HTS) daha yüksek kritik sıcaklığa sahip olmasına rağmen , akı örgü erimesi , bu kritik sıcaklıktan daha düşük bir sıcaklıktaki ılımlı manyetik alanlarda gerçekleşir. Soğutma sistemi tarafından ortadan kaldırılması gereken ısı yükleri , destek sistemi aracılığıyla iletimi , daha sıcaktan daha soğuk yüzeylere radyasyonu , iletkendeki AC kayıplarını (şarj ve deşarj sırasında) ve birbirine bağlanan soğuktan sıcağa güç kablolarından gelen kayıpları içerir. güç koşullandırma sistemine soğuk bobin. Termal yüzeylerin uygun tasarımı ile iletim ve radyasyon kayıpları en aza indirilir. Lead kayıpları, lead'lerin iyi tasarımıyla en aza indirilebilir. AC kayıpları, iletkenin tasarımına, cihazın görev döngüsüne ve güç derecesine bağlıdır.

77 K, 20 K ve 4,2 K temel sıcaklıklar için HTSC ve düşük sıcaklıklı süper iletken (LTSC) toroidal bobinler için soğutma gereksinimleri bu sırayla artar. Buradaki soğutma gereksinimleri, soğutma sistemini çalıştırmak için elektrik gücü olarak tanımlanır. Depolanan enerji 100 kat arttığında, soğutma maliyeti sadece 20 kat artar. Ayrıca, bir HTSC sistemi için soğutmada tasarruf, LTSC sistemlerine göre daha fazladır (%60 ila %70).

Maliyet

HTSC veya LTSC sistemlerinin daha ekonomik olup olmaması, KOBİ'lerin maliyetini belirleyen başka ana bileşenlerin bulunmasına bağlıdır: Süper iletken ve bakır stabilizatörden oluşan iletken ve soğuk destek başlı başına büyük maliyetlerdir. Cihazın genel verimliliği ve maliyeti ile değerlendirilmelidirler. Vakum kabı yalıtımı gibi diğer bileşenlerin, büyük bobin maliyetine kıyasla küçük bir parça olduğu gösterilmiştir. Toroidal bobinler için iletkenlerin, yapının ve buzdolabının birleşik maliyetlerine süperiletkenin maliyeti hakimdir. Aynı eğilim solenoid bobinler için de geçerlidir. HTSC bobinleri, LTSC bobinlerinden 2 ila 4 kat daha pahalıdır. Düşük soğutma gereksinimleri nedeniyle HTSC için daha ucuz bir maliyet görmeyi bekliyoruz, ancak durum böyle değil.

Maliyetler hakkında biraz fikir edinmek için, 2, 20 ve 200 MW·h olmak üzere üç tipik depolanmış enerji seviyesine karşılık gelen hem HTSC hem de LTSC bobinlerinin ana bileşenlerine göre bir dökümü düşünün. İletken maliyeti, tüm HTSC kasaları için üç maliyete hakimdir ve özellikle küçük boyutlarda önemlidir. Temel sebep, LTSC ve HTSC malzemelerinin karşılaştırmalı akım yoğunluğunda yatmaktadır. HTSC telinin kritik akımı, genellikle çalışan manyetik alanda LTSC telinden daha düşüktür, yaklaşık 5 ila 10 teslas (T). Tel maliyetlerinin ağırlıkça aynı olduğunu varsayın. HTSC teli, LTSC telinden daha düşük ( J c ) değerine sahip olduğundan, aynı endüktansı oluşturmak çok daha fazla tel alacaktır. Bu nedenle telin maliyeti LTSC telinden çok daha yüksektir. Ayrıca, SMES boyutu 2'den 20 MW·h'ye çıktıkça, LTSC iletken maliyeti de her adımda yaklaşık 10 kat artar. HTSC iletken maliyeti biraz daha yavaş artar ancak yine de açık ara en pahalı kalemdir.

HTSC veya LTSC'nin yapı maliyetleri, her adımda 2'den 20 MW·saat'e kadar eşit olarak artar (10'luk bir faktör). Ancak HTSC yapı maliyeti daha yüksektir çünkü HTSC'nin gerinim toleransı (seramikler fazla çekme yükü taşıyamaz), daha fazla yapı malzemesi gerektiren Nb 3 Ti veya Nb 3 Sn gibi LTSC'den daha azdır . Bu nedenle, çok büyük durumlarda, HTSC maliyeti, daha yüksek bir manyetik alanda bobin boyutunu basitçe küçülterek dengelenemez.

Burada, buzdolabı maliyetinin her durumda o kadar düşük olduğunu ve yüksek sıcaklıkta soğutma taleplerinin azalmasıyla bağlantılı olarak çok az yüzde tasarruf olduğunu belirtmekte fayda var. Bu, örneğin bir HTSC, örneğin BSCCO , örneğin 20K gibi düşük bir sıcaklıkta daha iyi çalışırsa, kesinlikle orada çalıştırılacağı anlamına gelir. Çok küçük KOBİ'ler için, azaltılmış buzdolabı maliyetinin daha önemli bir olumlu etkisi olacaktır.

Açıkça, süper iletken bobinlerin hacmi depolanan enerji ile artar. Ayrıca, daha yüksek manyetik alan çalışması nedeniyle bir HTSC mıknatısı için LTSC torus maksimum çapının her zaman LTSC'den daha küçük olduğunu görebiliriz. Solenoid bobinler durumunda, yükseklik veya uzunluk da HTSC bobinleri için daha küçüktür, ancak yine de toroidal geometriden çok daha yüksektir (düşük harici manyetik alan nedeniyle).

Pik manyetik alandaki bir artış, hem hacimde (daha yüksek enerji yoğunluğu) hem de maliyette (azaltılmış iletken uzunluğu) bir azalma sağlar. Daha küçük hacim, daha yüksek enerji yoğunluğu anlamına gelir ve iletken uzunluğunun azalması nedeniyle maliyet azalır. Bu durumda 7 T civarında bir tepe manyetik alan optimum değeri vardır. Alan optimumdan daha fazla artırılırsa, minimum maliyet artışıyla daha fazla hacim azaltımı mümkündür. Alanın artırılabileceği sınır genellikle ekonomik değil, fizikseldir ve toroidin iç bacaklarını birbirine daha da yaklaştırmanın ve yine de burkulma silindiri için yer bırakmanın imkansızlığıyla ilgilidir.

Süper iletken malzeme, KOBİ'ler için önemli bir konudur. Süperiletken geliştirme çabaları, Jc ve gerinim aralığını artırmaya ve tel üretim maliyetini düşürmeye odaklanır .

Uygulamalar

Enerji yoğunluğu, verimliliği ve yüksek deşarj oranı, KOBİ'leri modern enerji şebekelerine ve yeşil enerji girişimlerine dahil etmek için kullanışlı sistemler haline getirir. SMES sisteminin kullanımları üç kategoriye ayrılabilir: güç kaynağı sistemleri, kontrol sistemleri ve acil durum/olasılık sistemleri.

GERÇEKLER

FACTS ( esnek AC iletim sistemi ) cihazları, elektrik şebekelerine kurulabilen statik cihazlardır . Bu cihazlar, bir elektrik güç şebekesinin kontrol edilebilirliğini ve güç aktarım kapasitesini geliştirmek için kullanılır. KOBİ'lerin FACTS cihazlarında uygulanması, KOBİ sistemlerinin ilk uygulamasıydı. FACTS cihazlarını kullanan SMES'in ilk gerçekleştirilmesi, 1980 yılında Bonneville güç otoritesi tarafından kuruldu . Bu sistem, güç şebekesinin stabilizasyonuna katkıda bulunan düşük frekansları sönümlemek için SMES sistemlerini kullanır. 2000 yılında, şebekenin istikrarını artırmak için kuzey Winston elektrik şebekesindeki kilit noktalarda SMES tabanlı FACTS sistemleri tanıtıldı.

Yük seviyelendirme

Elektrik gücünün kullanımı, sabit bir güç sağlayan kararlı bir enerji kaynağı gerektirir. Bu kararlılık, kullanılan güç miktarına ve oluşturulan güç miktarına bağlıdır. Güç kullanımı gün boyunca değişiklik gösterdiği gibi mevsimlere göre de değişiklik gösterir. SMES sistemleri, üretilen güç talep/Yükten daha yüksek olduğunda enerji depolamak ve yük üretilen güçten daha yüksek olduğunda gücü serbest bırakmak için kullanılabilir. Böylece güç dalgalanmalarını telafi eder. Bu sistemlerin kullanılması, geleneksel üretim ünitelerinin daha verimli ve kullanışlı olan sabit bir çıktıda çalışmasını mümkün kılar. Ancak arz ve talep arasındaki güç dengesizliği uzun sürdüğünde KOBİ'ler tamamen boşalabilmektedir.

Yük frekansı kontrolü

Yük, bir yük bozulması nedeniyle üretilen güç çıkışını karşılamadığında, bu, yükün jeneratörlerin nominal güç çıkışından daha büyük olmasına neden olabilir . Bu, örneğin, rüzgar jeneratörleri ani bir rüzgar eksikliği nedeniyle dönmediğinde meydana gelebilir . Bu yük bozulması, bir yük frekansı kontrol sorununa neden olabilir. Bu sorun, DFIG tabanlı rüzgar enerjisi jeneratörlerinde büyütülebilir . Bu yük eşitsizliği, üretim yükten daha büyük olduğunda enerji depolayan SMES sistemlerinden gelen güç çıkışı ile telafi edilebilir. KOBİ tabanlı yük frekans kontrol sistemleri, çağdaş kontrol sistemlerine kıyasla hızlı yanıt verme avantajına sahiptir.

Kesintisiz güç kaynakları

Kesintisiz Güç Kaynakları (UPS), sürekli bir güç kaynağı sağlayarak güç dalgalanmalarına ve kesintilerine karşı koruma sağlamak için kullanılır. Bu kompanzasyon, arızalı güç kaynağından, temel sistemlerin çalışmasına devam etmek için gerekli gücü neredeyse anında sağlayabilen bir SMES sistemlerine geçilerek yapılır. KOBİ tabanlı UPS'ler en çok, belirli kritik yüklerde tutulması gereken sistemlerde faydalıdır.

Devre kesici tekrar kapama

Bir devre kesicideki güç açısı farkı çok büyük olduğunda, koruyucu röleler devre kesicilerin tekrar kapanmasını önler. Devre kesicideki güç açısı farkını azaltmak için bu durumlarda SMES sistemleri kullanılabilir. Böylece devre kesicinin tekrar kapanmasına izin verilir. Bu sistemler, büyük iletim hattı kesintilerinden sonra sistem gücünün hızlı bir şekilde geri yüklenmesini sağlar.

Iplik rezervi

Eğirme rezervi , şebekeye bağlı sistemlerin güç üretimini artırarak elde edilen ekstra üretim kapasitesidir. Bu kapasite, sistem operatörü tarafından elektrik şebekesindeki kesintilerin telafisi için ayrılmıştır. SMES sistemlerinin hızlı şarj süreleri ve hızlı alternatif akımın doğru akıma dönüşüm süreci nedeniyle, bu sistemler büyük bir iletim hattı şebekesi hizmet dışı olduğunda dönen yedek olarak kullanılabilir.

SFCL

Süper İletken Arıza Akım Sınırlayıcıları (SFCL), şebekedeki bir arıza altında akımı sınırlamak için kullanılır. Bu sistemde, ızgara hattında bir arıza tespit edildiğinde bir süper iletken söndürülür (sıcaklığı yükselir). Süperiletkeni söndürerek direnç yükselir ve akım diğer ızgara hatlarına yönlendirilir. Bu, daha büyük ızgarayı kesintiye uğratmadan yapılır. Arıza giderildiğinde, SFCL sıcaklığı düşürülür ve daha büyük ızgara tarafından görünmez hale gelir.

Elektromanyetik fırlatıcılar

Elektromanyetik fırlatıcılar, mermileri çok yüksek bir hıza hızlandırmak için bir manyetik alan kullanan elektrikli mermi silahlarıdır. Bu fırlatıcıların çalışması için yüksek güçlü darbe kaynakları gerekir. Bu fırlatıcılar, SMES sisteminin hızlı bırakma özelliği ve yüksek güç yoğunluğu kullanılarak gerçekleştirilebilir.

KOBİ sistemleri için gelecekteki gelişmeler

KOBİ sistemlerinin bileşenlerinde gelecekteki gelişmeler, onları diğer uygulamalar için daha uygun hale getirebilir. En önemlisi süperiletkenlerin gelişimi. Yoğun madde fizikçileri her zaman daha yüksek kritik sıcaklıklara sahip süper iletkenler ararlar. 2013'te bir grup araştırmacı, oda sıcaklığında çalışan bir süper iletken bile buldu. Bu, pikosaniyeler için stabildi, bu onu pratik değildi, ancak yine de oda sıcaklığında süper iletkenliğin mümkün olduğunu kanıtladı. Soğutma ihtiyacı bir maliyettir. Oda sıcaklığında bir süper iletken veya hatta oda sıcaklığına yakın bir süper iletken kullanarak bu maliyeti ortadan kaldırmak, SMES sistemini daha uygulanabilir ve daha verimli hale getirecektir.

Bir süperiletkenin kritik sıcaklığı da kritik akımla güçlü bir korelasyona sahiptir. Kritik sıcaklığı yüksek olan bir madde de yüksek kritik akıma sahip olacaktır. Bu daha yüksek kritik akım, enerji depolamasını katlanarak artıracaktır. Bu, bir KOBİ sisteminin kullanımını büyük ölçüde artıracaktır.

Teknik zorluklar

Mevcut KOBİ sistemlerinin enerji içeriği genellikle oldukça küçüktür. KOBİ'lerde depolanan enerjiyi artırma yöntemleri genellikle büyük ölçekli depolama birimlerine başvurur. Diğer süper iletken uygulamalarda olduğu gibi, kriyojenik bir zorunluluktur. Mıknatıs bobinleri tarafından ve bunlar üzerinde üretilen çok büyük Lorentz kuvvetlerini içermek için genellikle sağlam bir mekanik yapı gerekir. KOBİ'ler için baskın maliyet süper iletkendir, bunu soğutma sistemi ve mekanik yapının geri kalanı izler.

Mekanik destek
Bobine etki eden güçlü manyetik alan tarafından oluşturulan büyük Lorentz kuvvetleri ve daha büyük yapı üzerinde bobin tarafından oluşturulan güçlü manyetik alan nedeniyle gereklidir.
Boy
Ticari olarak faydalı depolama seviyelerine ulaşmak için, yaklaşık 5 GW·sa (3,6 TJ ), bir SMES kurulumunun yaklaşık 0,5 mil (800 m) bir döngüye ihtiyacı olacaktır. Bu, geleneksel olarak bir daire olarak resmedilir, ancak pratikte daha çok yuvarlak bir dikdörtgen gibi olabilir. Her iki durumda da, tesisi barındırmak için önemli miktarda araziye erişim gerektirecektir.
Üretme
KOBİ'lerle ilgili iki üretim sorunu vardır. Birincisi, akımı taşımaya uygun toplu kablo imalatıdır. Bugüne kadar bulunan HTSC süper iletken malzemeleri nispeten hassas seramiklerdir, bu da uzun uzunluklarda süper iletken tel çekmek için yerleşik tekniklerin kullanılmasını zorlaştırır. Pek çok araştırma, kararlı bir alt tabaka üzerine ince bir malzeme filmi uygulayarak katman biriktirme tekniklerine odaklanmıştır, ancak bu şu anda yalnızca küçük ölçekli elektrik devreleri için uygundur.
altyapı
İkinci sorun ise bir kurulum için gerekli altyapıdır. Kadar oda sıcaklığı süper iletkenleri bulunan tel 0.5 mil (800 m) döngü bir vakum şişesi içinde yer gerekir sıvı azot . Bu da, en yaygın olarak kurulumun gömülmesiyle tasavvur edilen istikrarlı bir destek gerektirecektir.
kritik manyetik alan
Kritik alan olarak bilinen belirli bir alan kuvvetinin üzerinde, süper iletken durum yok edilir. Bu, manyetik alanın büyüklüğünün süperiletken bobin tarafından yakalanan akıyı belirlediği göz önüne alındığında, süper iletken malzeme için maksimum bir şarj hızı olduğu anlamına gelir.
kritik akım
Genel olarak güç sistemleri, idare edebilecekleri akımı maksimize etmeye çalışırlar. Bu, sistemdeki verimsizliklerden kaynaklanan kayıpları nispeten önemsiz hale getirir. Ne yazık ki, büyük akımlar Ampere Yasası nedeniyle kritik alandan daha büyük manyetik alanlar oluşturabilir . Mevcut malzemeler, bu nedenle, ticari bir depolama tesisini ekonomik olarak uygun hale getirmek için yeterli akımı taşımak için mücadele eder.

Teknolojinin başlangıcındaki birkaç sorun, yayılmasını engelledi:

  1. Çalışma sıcaklıklarını korumak için pahalı soğutma üniteleri ve yüksek güç maliyeti
  2. Normal iletkenler kullanan yeterli teknolojilerin varlığı ve sürekli gelişimi

Bunlar hala süper iletken uygulamalar için sorun teşkil ediyor ancak zamanla gelişiyor. Süper iletken malzemelerin performansında ilerlemeler kaydedilmiştir. Ayrıca, soğutma sistemlerinin güvenilirliği ve verimliliği önemli ölçüde iyileşmiştir.

Uzun ön soğutma süresi

Şu anda coilin oda sıcaklığından çalışma sıcaklığına soğuması dört ayı buluyor . Bu aynı zamanda SMES'in bakımdan sonra ve çalışma arızalarından sonra yeniden başlatıldığında çalışma sıcaklığına dönmesinin eşit derecede uzun sürdüğü anlamına gelir.

Koruma

Depolanan büyük miktarda enerji nedeniyle, bobin arızası durumunda bobinleri hasardan korumak için belirli önlemlerin alınması gerekir. Bobin arızası durumunda enerjinin hızlı bir şekilde serbest bırakılması, çevredeki sistemlere zarar verebilir. Bazı kavramsal tasarımlar, bobin arızasından sonra enerjinin emilmesini hedef olarak tasarıma süper iletken bir kablo eklemeyi önermektedir. Enerji kaybını önlemek için sistemin ayrıca mükemmel bir elektrik izolasyonunda tutulması gerekir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

bibliyografya

  • Sheahen, T., P. (1994). Yüksek Sıcaklık Süperiletkenliğine Giriş. Plenum Press, New York. s. 66, 76–78, 425–430, 433–446.
  • El-Vakil, M., M. (1984). Santral Teknolojisi. McGraw-Hill, s. 685–689, 691–695.
  • Wolsky, A., M. (2002). HTS'yi içeren volanlar ve KOBİ'lerin durumu ve beklentileri. Physica C 372–376, s. 1.495–1.499.
  • Hassenzahl, WV (Mart 2001). "Süper iletkenlik, 21. yüzyıl güç sistemleri için olanak sağlayan bir teknoloji mi?". Uygulamalı Süperiletkenlik Üzerine IEEE İşlemleri . 11 (1): 1447–1453. Bibcode : 2001ITAS...11.1447H . doi : 10.1109/77.920045 . ISSN  1051-8223 .

daha fazla okuma

Dış bağlantılar