Артём Александрович Коваленко

Реферат

Основной особенностью современной энергетики является почти полная невозможность складировать энергию про запас – все произведенные киловатт-часы должны быть сразу и потреблены. Работа же большинства потребителей электроэнергии неравномерна в течение суток. График нагрузки отдельного города, района или области имеет свои максимумы и минимумы потребления, которые приходятся, как правило, на дневные и ночные часы соответственно. Это приводит к тому, что днем генерирующие мощности нередко работают на пределе, а ночью, наоборот, имеется избыток энергии, который некуда девать. Энергетики предпринимают различные меры по сглаживанию графика суммарной нагрузки. Однако в целом сейчас возможности выравнивания потребления в энергосистеме невелики.

Разрешить эту ситуацию могли бы накопители энергии, запасающие драгоценные киловатт-часы в периоды малого потребления и выдающие их в пиковое время. До недавнего времени единственным приемлемым типом накопителя энергии считались гидроаккумулирующие станции (ГАЭС).

Однако энергоемкость и мощность существующих ГАЭС несоизмеримо мала по сравнению с мощностью всей энергосистемы, а их удельные энергетические параметры довольно низки. ГАЭС капиталоемки, затратны, требуют отчуждения больших площадей под водохранилища, и поэтому не получили широкого распространения.

Рисунок 1 – Применение сверхпроводниковых индуктивных накопителей (СПИН).

Источник: «Атом-инновации»

Проблема

Применение накопителей энергии в электроэнергетике позволяет решить две важные задачи: снизить затраты на производство электроэнергии и увеличить надежность энергосистем в целом. Накопители позволяют демпфирование пиков нагрузки (как импульсных, так и долгосрочных), что способствует повышению устойчивости энергосистем и повышает их надежность. Затраты уменьшаются за счет сглаживания пиков нагрузки и поддержания тем самым режима турбогенераторов в области максимального КПД (наименьшие затраты и наибольшая производительность).

Демпфирование пиков нагрузки способствует повышению устойчивости энергосистем и, следовательно, повышает надежность.

Традиционные технологии

В настоящее время в качестве накопителей энергии используются (могут использоваться) емкостные накопители (аккумуляторы и конденсаторные батареи), механические накопители, гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) и газоаккумулирующие электростанции. Емкостные и механические накопители энергии в силу их малой энергоемкости имеют ограниченные области применения. В качестве накопителей энергии используются в ограниченных масштабах гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), способные компенсировать суточные и часовые пики нагрузки. Однако, их строительство требует больших капитальных затрат и не везде возможно географически. Кроме того, инерционность ГАЭС не позволяет сглаживать кратковременные пики нагрузки, что зачастую приводит к перегрузкам энергосистемы и выходу из строя энергопреобразовательного и потребляющего оборудования, что в свою очередь приводит к огромным потерям у потребителей энергии, у которых это оборудование встроено в непрерывные производственные циклы, ответственные участки производства и др.

23 стр., 11364 слов

Энергосберегающие здания, использование солнечной энергии

... окна и др.) по энергоэкономичности уступает зарубежной. Затраты энергии на эксплуатацию существующего фонда жилых и общественных зданий - в 3 раза превышают аналогичные показатели ... счёт сокращения протяжённости коммуникаций. Кроме того, резервом повышения энергоэффективности градостроительных решений является использование подземного пространства в городах. Архитектурными энергоэффективными ...

Новые технологии

Сверхпроводящие индуктивные накопители энергии (СПИНЭ) имеют широкие перспективы использования, обусловленные возможностью длительного хранения энергии в форме магнитной энергии, что позволяет создавать системы с высоким уровнем времени готовности (время от подачи команды до выдачи энергии в нагрузку ~1 мс).

Важной в практическом отношении особенностью СПИНЭ является возможность его запитки от источника с малой электрической мощностью.

Применение СПИНЭ в качестве импульсных энергоисточников ограничивается критичностью сверхпровод-ников к скорости изменения магнитного поля при накачке и выводе энергии в нагрузку. Особенностью типичных СПИНЭ является сравнительно малое значение рабочего тока (~10 кА).

Методы электромашинного и электромеханического управления индуктивностью ИНЭ позволяют увеличить значения полного тока в нагрузке, однако другое ограничение (скорость изменения поля не превышает 20 Тл/с) увеличивает время разрядки до десятков миллисекунд.

Рисунок 2 – Один из наиболее известных примеров использования сверхпроводящих магнитов (термоядерные реакторы типа ТОКАМАК).

Источник: фото из журнала «Вестник РФФИ», № 3, 2007

Принципиальное преимущество

СПИН представляет собой, по сути, магнитную катушку из сверхпроводника. Упрощая, можно сказать, что эффект сверхпроводимости заключается в полном исчезновении электрического сопротивления сверхпроводника при охлаждении его ниже некой критической температуры. Естественно, пропадают и все потери энергии, связанные с электрическим сопротивлением.

Подобное устройство может хранить энергию сколь угодно долго в виде энергии магнитного поля, создаваемого с помощью сверхпроводящего соленоида. Очевидно, что при длительном использовании такого аккумулятора понадобятся дополнительные расходы на охлаждение, однако выгода от использования в итоге существенно покрывает эти расходы.

Принципиальное преимущество индуктивных накопителей заключается в том, что энергия в них запасается в том же виде, в каком и используется, – электромагнитном. А раз нет необходимости в преобразовании из одного вида энергии в другой, то нет и связанных с преобразованием потерь энергии и затрат времени на сам процесс, чем грешат иные типы аккумуляторов, например, химические или гидравлические. Поэтому уникальным свойством сверхпроводящего индуктивного накопителя является возможность практически мгновенного перехода из режима накопления энергии в режим ее выдачи.

7 стр., 3009 слов

Защита от энергетического воздействия э/м поля и излучения

... поля в табл. 2.6.6. не распространяются на радио – и теле излучения (нормируются отдельно). Защита от воздействия ЭМП - радиочастот. Основными способами защиты от воздействия ... поля. Предельную плотность потока энергии ЭМП радиочастот 300МГц-300ГГц на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала, связанного с воздействием ЭМП, устанавливают исходя из допустимого значения энергетической ...

Серийное производство

По словам генерального директора компании «Русский Сверхпроводник» Александра Владимировича Кацая, вРоссии уже был создан ряд СПИН для фундаментальных научных исследований, проведены успешные испытания прототипов в действующей энергосистеме Москвы. Налаживание серийного производства индуктивных накопителей позволит повысить надежность энергосистем и сделать серьезные шаги по широкому внедрению сверхпроводниковых технологий в энергетику.

В настоящее время отраслевая компания «Русский Сверхпроводник» совместно с разработчиками технологии ведет активную работу над созданием компактного сверхпроводящего индуктивного накопителя энергоемкостью 24 МДж, состоящего из четырех модулей по 6 МДж. Впоследствии из таких модулей возможно будет собирать накопители большей емкости.

Развитие сверхпроводниковой индустрии, в т.ч. производства сверхпроводящих материалов, обеспечивает возможность изготовления накопителей на основе СПИН практически для любой энергетической системы.

Материалы взяты из источников:

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/induktivnyie-nakopiteli-energii/