Almacenamiento de energía magnética superconductora: definición, principio de funcionamiento, ventajas e inconvenientes

Qué es el sistema magnético superconductor de almacenamiento de energía y sus componentes

El dispositivo superconductor de almacenamiento de energía magnética se compone generalmente de las siguientes partes:

● Imán superconductor
● Sistema de baja temperatura
● Sistema de protección magnética
● Sistema de regulación de potencia
● Sistema de control

Esta estructura fue propuesta por primera vez por el Laboratorio de Álamos (LANL) de Estados Unidos, y las investigaciones posteriores sobre dispositivos suelen tomarla como referencia.

Cómo funciona el almacenamiento de energía magnética superconductora y la transferencia de energía

Durante el funcionamiento normal, la corriente de la red carga el inductor superconductor mediante rectificación, y luego mantiene el funcionamiento a corriente constante. Como la bobina superconductora se utiliza para almacenar energía, la energía almacenada puede conservarse casi permanentemente sin pérdidas hasta que sea necesario liberarla.

En caso de caída de tensión transitoria o subida repentina y desequilibrio transitorio de potencia activa en la red eléctrica, se puede extraer energía del inductor superconductor, convertirla en CA a través del inversor y emitir potencia activa o reactiva ajustable flexible a la red eléctrica, garantizando así la estabilidad transitoria de la tensión y el equilibrio de potencia activa de la red eléctrica.

El diagrama esquemático es el siguiente:

El dispositivo superconductor de almacenamiento de energía utiliza un imán superconductor para convertir la energía eléctrica en energía electromagnética para su almacenamiento (alimentación y excitación desde la red eléctrica a través del convertidor, y se genera un campo magnético en la bobina), y luego devuelve la energía electromagnética a la red eléctrica o a otras cargas cuando es necesario, y controla el intercambio de energía a través del convertidor de potencia.

Tipos de materiales magnéticos superconductores para el almacenamiento de energía

Según las diferentes temperaturas de funcionamiento, los materiales superconductores utilizados en la bobina de almacenamiento de energía magnética superconductora pueden dividirse en:

● Materiales superconductores de baja temperatura
● Materiales superconductores de alta temperatura
● Materiales superconductores a temperatura ambiente

Entre ellas, la investigación y el desarrollo de materiales superconductores de alta temperatura pueden mejorar la viabilidad del almacenamiento superconductor de energía y ampliar el campo de aplicación del almacenamiento superconductor de energía.

Ventajas e inconvenientes del almacenamiento de energía magnética superconductora

El almacenamiento superconductor de energía es una tecnología de almacenamiento de energía con alta potencia de salida, respuesta rápida, alta seguridad y larga vida útil. Es el único sistema de almacenamiento de energía que puede almacenar directamente energía eléctrica en forma de corriente en la actualidad. Tiene una serie de ventajas que otras tecnologías de almacenamiento de energía no pueden igualar:

● En comparación con la elevada tasa de consumo de almacenamiento de energía de hidrógeno, el almacenamiento de energía magnética superconductora puede almacenar energía a largo plazo y sin pérdidas, con una eficiencia de conversión superior a 90%;

● El almacenamiento superconductor de energía adopta la tecnología de conversión de corriente de los dispositivos electrónicos de potencia para realizar la conexión con la red eléctrica, y la velocidad de respuesta es rápida (nivel de milisegundos);

● Dado que la capacidad de su sistema de almacenamiento de energía y modulación de potencia puede seleccionarse de forma independiente en un amplio rango, el sistema puede incorporarse al sistema energético de gran potencia y tamaño que se requiera.

● Aparte del sistema de vacío y refrigeración, no hay ninguna pieza giratoria, por lo que tiene una larga vida útil.

● El sistema no está limitado por la ubicación, tiene un mantenimiento sencillo y contamina poco.

Al mismo tiempo, no se pueden ignorar las deficiencias del almacenamiento de energía magnética superconductora:

● El coste de construcción del sistema superconductor de almacenamiento de energía es relativamente alto, y existen problemas de rentabilidad económica;

● La tecnología de almacenamiento de energía superconductora necesita funcionar a baja temperatura, para que el material superconductor pueda alcanzar una resistencia cero. El mantenimiento del entorno a baja temperatura es difícil;

● Debido a limitaciones técnicas y de costes, aunque el almacenamiento superconductor de energía puede estar libre de restricciones geográficas, no hay suficientes escenarios comerciales que puedan aplicarse realmente.

¿Cuáles son las aplicaciones del almacenamiento magnético superconductor de energía?

Los escenarios de aplicación del almacenamiento de energía magnética superconductora incluyen principalmente:

● Aerogenerador estable
● Amortiguación de resonancia subsíncrona
● Control de potencia de la línea de interconexión
● Dispositivo magnético superconductor multifuncional de almacenamiento de energía
● Comportamiento dinámico estable de la tensión gracias a la compensación instantánea de potencia activa y reactiva
● Almacenamiento de energía (una unidad SMES puede almacenar energía a nivel de GJ como máximo, y la eficiencia del almacenamiento puede alcanzar los 95%).

¿Qué retos plantea el almacenamiento magnético superconductor de energía?

Con el rápido desarrollo de la economía, la demanda de energía eléctrica es cada vez mayor, lo que va seguido de un aumento de la escala y la complejidad del sistema eléctrico. El almacenamiento superconductor de energía se enfrentará a muchos problemas técnicos importantes, entre ellos:

● Colapso de la red eléctrica
● Armónico
● Corte de corriente de corta duración
● El disyuntor no puede eliminar eficazmente el cortocircuito
● Energía renovable discontinua e inestable

Desarrollo del almacenamiento de energía magnética superconductora en el mundo

En 1911, Heike Kamoline Onnes, de la Universidad de Leiden (Países Bajos), descubrió que cuando la temperatura del mercurio bajaba a 4,2 K, la resistencia descendía a cero, y muchos metales y aleaciones tenían las mismas características de perder resistencia a baja temperatura. Llama a esta conductividad especial "estado superconductor", y al conductor en estado superconductor "superconductor".

En 1969, Ferrier propuso por primera vez la idea del almacenamiento magnético superconductor de energía (SMES) como dispositivo para equilibrar la carga de energía en el sistema eléctrico.

En la actualidad, las instituciones y empresas mundiales de investigación sobre almacenamiento de energía superconductora se distribuyen principalmente en Norteamérica, Europa Occidental y Asia Oriental, como SuperPower de Estados Unidos, ACCEL Group de Alemania, Central Power de Japón, Toshiba de Japón, la Universidad Huazhong de Ciencia y Tecnología de China, el Instituto de Ingeniería Eléctrica de la Academia China de Ciencias, etc.

Entre ellos, Estados Unidos es líder en el campo de los imanes superconductores. tecnología de almacenamiento de energía investigación, con el nivel tecnológico más avanzado. Es el mayor mercado mundial de almacenamiento de energía superconductora.

El almacenamiento de energía magnética superconductora tiene ventajas potenciales en el apoyo a la estabilidad de la red eléctrica, la mejora de la calidad de la red eléctrica y la alimentación por impulsos de equipos de alta potencia. Es una de las nuevas direcciones de la investigación en aplicaciones superconductoras de los últimos años. Con el desarrollo de la tecnología, el almacenamiento magnético superconductor de energía promoverá el desarrollo y la innovación del sistema eléctrico.