|
12.1.3. Сверхпроводниковые индуктивные накопители
энергии
Индуктивное накопление энергии наиболее эффективно в сверх-
проводящих магнитах, поскольку в них накопление и вывод энергии
практически не сопровождаются потерями. Принципиальное преимуще-
ство индуктивных накопителей заключается в том, что энергия в них
запасается в том же виде, в каком и используется, – электромагнитном.
Отсутствие необходимости в преобразовании одного вида энергии в
другой обеспечивает высокие КПД (97–98 %) и быстродействие устрой-
ства. Поэтому уникальными свойствами сверхпроводникового индук-
тивного накопителя энергии (СПИНЭ) являются возможность практи-
чески мгновенного перехода из режима накопления энергии в режим ее
выдачи и большая скорость отбора мощности. Это свойство СПИНЭ в
первую очередь было востребовано в физике высоких энергий и мощ-
ной импульсной энергетике (Pulsed Power).
Открытие в 1957 г. сверхпроводников второго рода, обладающих
высокими значениями критической плотности тока и магнитной индук-
ции, вызвало лавинообразный рост интереса к практическому использо-
ванию этого явления. Во всех высокоразвитых странах (США, СССР,
Великобритании, Франции, Японии, Германии) были развёрнуты рабо-
ты по созданию как отдельных элементов сверхпроводящих систем
(проводов, кабелей, индукционных катушек), так и самих систем
(СПИНЭ, СП-магниты для ускорителей и др.). Эти работы послужили
мощным толчком для совершенствования ускорителей, термоядерных
установок, кабельных линий и т. д. И почти одновременно начались ра-
боты в интересах электроэнергетики. Так, в 1982 г. введён в эксплуата-
цию СПИНЭ на 30 МДж, разработанный Лос-Аламосской лабораторией
по заказу Бонневильской энергетической компании (США). В 1985 г. в
Японии запущен экспериментальный СПИНЭ энергоёмкостью
3600 МДж (1 МВт·ч). В 90-е гг. в США введён в эксплуатацию СПИНЭ
энергоёмкостью 30 МДж (8,4 кВт·ч) с преобразователем мощностью
298
10 МВт. Он используется как буферное устройство для стабилизации
работы магистральной ЛЭП (1500 км), являющейся частью Большой ти-
хоокеанской магистрали, связывающей Южную Калифорнию с Северо-
Западом. В СССР первые эксперименты со СПИНЭ (энергоёмкостью
10
4
Дж), разработанном в Институте высоких температур АН СССР,
были выполнены в 1970 г. В них СПИНЭ обменивался энергией с Мос-
ковской городской сетью при помощи трёхфазного инвертора со сред-
ней мощностью 300 кВт.
В ЭЭС высокое быстродействие СПИНЭ позволяет синхронно
управлять активной и реактивной мощностью. СПИНЭ может хранить
энергию сколь угодно долго в виде энергии магнитного поля. Это по-
зволяет создавать системы с высоким уровнем готовности (время от по-
дачи команды до выдачи энергии в нагрузку ~ 1 мс). Важной в практи-
ческом отношении особенностью СПИНЭ является возможность его за-
питки от источника с малой электрической мощностью. Очевидно, что
при длительном использовании такого накопителя понадобятся допол-
нительные расходы на охлаждение, однако выгода от использования в
итоге существенно покрывает эти расходы. Для участия в суточном ре-
гулировании энергопотока в системе необходимо аккумулировать энер-
гию порядка 10
12
Дж и выдавать мощность в сотни мегаватт. Два деся-
тилетия назад в США начат серийный выпуск СПИНЭ мощностью от
460 до 2500 кВАр, предназначенных для компенсации снижений и
подъёмов напряжения длительностью до 100 мс. Продолжаются работы
по совершенствованию СПИНЭ энергоемкостью от единиц до сотен ме-
гаджоулей для выдачи энергии с мощностью 10 МВт в течение 100 с.
Эти накопители вполне конкурентоспособны с накопителями других
типов. В настоящее время практическое применение нашли передвиж-
ные СПИНЭ сравнительно небольшой энергоемкости. Источники бес-
перебойного питания на основе СПИНЭ были разработаны в ряде стран
(США, Японии, Италии, Германии) и показали себя как надежные и эф-
фективные устройства для предотвращения провалов и скачков напря-
жения.
Спустя многие годы продолжены испытания СПИНЭ в дейст-
вующей энергосистеме Москвы. В настоящее время отраслевая компа-
ния «Русский Сверхпроводник» совместно с разработчиками техноло-
гии ведет активную работу над созданием компактного сверхпроводя-
щего индуктивного накопителя энергоемкостью 24 МДж, состоящего из
четырех модулей по 6 МДж. Впоследствии из таких модулей можно бу-
дет собирать накопители большей емкости.
В 1986 г. были найдены (синтезированы) материалы с высокотем-
пературной (около 100 К) сверхпроводимостью. Создание материалов,
299
обладающих сверхпроводимостью при комнатной температуре, означа-
ло бы прорыв в сферах энергетики, транспорта, космонавтики, мощной
импульсной энергетики, оборонной техники.
Do'stlaringiz bilan baham: |
