Электромагнитные накопители.

Сверхпроводящие индукционные накопители энергии (СПИН). При подключении катушки индуктивности L к источнику питания протекающий ток I создает магнитное поле, обладающее энергией:

Использование явления сверхпроводимости обеспечивает циркуляцию тока в накопителе с минимально возможными потерями энергии.

СПИН состоит из катушки индуктивности со сверхпроводящей обмоткой и инвенторной установки, обеспечивающей связь накопителя с электрической системой.

Для изготовления обмотки применяются специальные сплавы, являющиеся сверхпроводниками второго рода: TiNb, NbjSn. Эти соединения имеют высокий уровень критической индукции магнитного поля, и по ним можно пропускать значительные токи в сверхпроводящем состоянии.

Переход от режима накопления к режиму генерирования происходит за 1-2 периода переменного тока 50 Гц.

Связь с энергосистемой осуществляется с помощью управляемого вентильного преобразователя, работающего в режиме, как выпрямителя, так и инвертора. Рефрижератор предназначен для поддержания катушки обмотки в сверхпроводящем состоянии при температуре жидкого гелия.

Преимущества СПИН:

· высокий КПД:

· компактность, обусловленная высокой плотностью энергии;

· высокое быстродействие;

· незначительное экологическое влияние.

Рис. 1.22. Разрез провода СПИН:

1 – алюминиевая оболочка; 2 –алюминиевая перегородка; 3 – сверхпроводящие шипи; 4 – высокочистый алюминий для стабилизации.

СПИН оборудуется сложной системой аварийной защиты. Энергия, запасенная в СПИН емкостью 10000 МВт ч, эквивалентна энергии взрыва 10000 тонн тринитротолуола. При аварийной потере сверхпроводимости запасенная в накопителе энергия выделится в виде джоулева тепла. При этом произойдет катастрофический взрыв.

Емкостные накопители (ЕН). Энергия, накапливаемая в электрическом поле конденсатора емкостью С, определяется по формуле:

где U – подведенное напряжение.

К числу важнейших достижений электрохимической технологии относится создание суперконденсаторов: конденсаторов с увеличенной удельной емкостью. На границе раздела фаз (проводник первого рода – электролит) создается двойной электрический слой, в котором электролит имеет один знак заряда, а твердое тело – другой. Емкость двойного слоя лежит в пределах  мФ/м². Конденсаторы, состоящие из двух электродов и электролита между ними называются двойнослойными. Дополнительно эти кондесаторы могут иметь фарадеевскую емкость (псевдоемкость), обусловленную разрядом адсорбированных частиц.

Емкостно-аккумулирующая электростанция – это батарея последовательно-параллельно соединенных конденсаторов, подключенная через преобразовательную подстанцию к сети переменного тока.

Рис. 1.23. Функциональная схема емкостного накопителя энергии

Достоинства ЕН: высокий КПД; не оказывает неблагоприятного воздействия на окружающую среду.

Недостатки ЕН: модульный характер конструкции требует значительного числа контактных соединений, что снижает надежность устройства; необходимость изменения полярности батарей при переключениях из заряда в разряд.

Накопители на базе конденсаторов с высокой удельной емкостью можно рассматривать как перспективные устройства, позволяющие комплексно решать проблемы аккумулирования ЭЭ в энергосистемах.