Stockage d'énergie magnétique supraconductrice - définition, principe de fonctionnement, avantages et inconvénients

Qu'est-ce qu'un système de stockage d'énergie magnétique supraconducteur et ses composants ?

Le dispositif de stockage d'énergie magnétique supraconducteur est généralement composé des éléments suivants :

● Aimant supraconducteur
● Système à basse température
● Système de protection de l'aimant
● Système de régulation de la puissance
● Système de surveillance

Cette structure a été proposée pour la première fois par le laboratoire Alamos (LANL) des États-Unis, et les recherches ultérieures sur les dispositifs prennent généralement cette structure comme référence.

Comment fonctionne le stockage d'énergie magnétique supraconducteur et comment se fait le transfert d'énergie ?

En fonctionnement normal, le courant du réseau charge l'inducteur supraconducteur par redressement, puis maintient un courant constant. La bobine supraconductrice étant utilisée pour le stockage de l'énergie, l'énergie stockée peut être conservée presque en permanence sans perte jusqu'à ce qu'elle doive être libérée.

En cas de chute ou d'augmentation soudaine de la tension transitoire et de déséquilibre transitoire de la puissance active dans le réseau électrique, l'énergie peut être extraite de l'inducteur supraconducteur, convertie en courant alternatif par l'onduleur, et une puissance active ou réactive réglable et flexible peut être émise vers le réseau électrique, assurant ainsi la stabilité transitoire de la tension et l'équilibre de la puissance active du réseau électrique.

Le schéma de principe est le suivant :

Le dispositif de stockage d'énergie supraconducteur utilise un aimant supraconducteur pour convertir l'énergie électrique en énergie électromagnétique à des fins de stockage (alimentation électrique et excitation à partir du réseau électrique via un convertisseur, et champ magnétique généré dans la bobine), puis renvoie l'énergie électromagnétique vers le réseau électrique ou d'autres charges si nécessaire, et contrôle l'échange d'énergie via le convertisseur de puissance.

Types de matériaux de stockage de l'énergie magnétique supraconductrice

En fonction des différentes températures de fonctionnement, les matériaux supraconducteurs utilisés dans la bobine de stockage d'énergie magnétique supraconductrice peuvent être divisés en plusieurs catégories :

● Matériaux supraconducteurs à basse température
● Matériaux supraconducteurs à haute température
● Matériaux supraconducteurs à température ambiante

Parmi eux, la recherche et le développement de matériaux supraconducteurs à haute température peuvent améliorer la praticabilité du stockage de l'énergie par supraconduction et élargir le champ d'application de ce type de stockage.

Avantages et inconvénients du stockage de l'énergie magnétique supraconductrice

Le stockage d'énergie supraconducteur est une technologie de stockage d'énergie qui offre une puissance élevée, une réponse rapide, une grande sécurité et une longue durée de vie. C'est le seul système de stockage d'énergie qui peut actuellement stocker directement l'énergie électrique sous forme de courant. Il présente une série d'avantages que les autres technologies de stockage d'énergie ne peuvent égaler :

● Par rapport au taux de consommation élevé de stockage de l'énergie sous forme d'hydrogèneLe stockage d'énergie magnétique supraconducteur peut stocker l'énergie à long terme et sans perte, avec un rendement de conversion supérieur à 90% ;

● Le stockage d'énergie supraconducteur adopte la technologie de conversion du courant des dispositifs électroniques de puissance pour réaliser la connexion avec le réseau électrique, et la vitesse de réponse est rapide (de l'ordre de la milliseconde) ;

● Comme la capacité de son système de stockage d'énergie et de modulation de puissance peut être sélectionnée indépendamment dans une large gamme, le système peut être intégré dans le système de grande puissance et de grande énergie requis.

● Hormis le système de vide et de réfrigération, il n'y a aucune pièce rotative, ce qui lui confère une longue durée de vie.

● Le système n'est pas limité par l'emplacement, l'entretien est simple et la pollution est faible.

Dans le même temps, les lacunes du stockage de l'énergie magnétique supraconductrice ne peuvent être ignorées :

● Le coût de construction du système de stockage d'énergie supraconducteur est relativement élevé, ce qui pose des problèmes d'avantages économiques ;

● La technologie de stockage d'énergie supraconductrice doit fonctionner à basse température, de sorte que le matériau supraconducteur puisse atteindre une résistance nulle. Le maintien d'un environnement à basse température est difficile ;

● En raison de contraintes techniques et financières, même si le stockage d'énergie supraconducteur peut s'affranchir des restrictions géographiques, il n'existe pas suffisamment de scénarios commerciaux susceptibles d'être mis en œuvre.

Quels sont les scénarios d'application du stockage de l'énergie magnétique supraconductrice ?

Les scénarios d'application du stockage d'énergie magnétique supraconducteur sont principalement les suivants :

● Une éolienne stable
● Amortissement de la résonance sous-synchrone
● Contrôle de la puissance de la ligne d'interconnexion
● Dispositif de stockage d'énergie magnétique supraconducteur multifonctionnel
● Stabilité de la dynamique de la tension grâce à la compensation instantanée de la puissance active et réactive
● Stockage de l'énergie (une unité SMES peut stocker de l'énergie de niveau GJ au maximum, et l'efficacité du stockage peut atteindre 95%)

Quels sont les défis à relever en matière de stockage de l'énergie magnétique supraconductrice ?

Avec le développement rapide de l'économie, la demande d'énergie électrique devient de plus en plus importante, ce qui entraîne une augmentation de l'échelle et de la complexité du système électrique. Le stockage supraconducteur de l'énergie sera confronté à de nombreux problèmes techniques majeurs, notamment :

● Effondrement du réseau électrique
● Harmonique
● Coupure de courant de courte durée
● Le disjoncteur ne peut pas éliminer efficacement le défaut de court-circuit.
● Énergie renouvelable discontinue et instable

Développement du stockage de l'énergie magnétique supraconductrice dans le monde

En 1911, Heike Kamoline Onnes, de l'université de Leiden aux Pays-Bas, a découvert que lorsque la température du mercure descendait à 4,2 K, la résistance tombait à zéro, et que de nombreux métaux et alliages présentaient les mêmes caractéristiques de perte de résistance à basse température. Elle appelle cette conductivité spéciale "état supraconducteur", et le conducteur en état supraconducteur "supraconducteur".

En 1969, Ferrier a proposé pour la première fois l'idée d'un stockage d'énergie magnétique supraconducteur (SMES) en tant que dispositif permettant d'équilibrer la charge électrique dans le réseau électrique.

À l'heure actuelle, les institutions de recherche et les entreprises mondiales spécialisées dans le stockage de l'énergie supraconductrice sont principalement réparties en Amérique du Nord, en Europe occidentale et en Asie de l'Est, comme SuperPower aux États-Unis, ACCEL Group en Allemagne, Central Power au Japon, Toshiba au Japon, Huazhong University of Science and Technology en Chine, l'Institute of Electrical Engineering de l'Académie chinoise des sciences, etc.

Parmi eux, les États-Unis occupent une position de premier plan dans le domaine du magnétisme supraconducteur. technologie de stockage de l'énergie Le marché de l'énergie supraconductrice est le plus important du monde. Il s'agit du plus grand marché de stockage d'énergie supraconductrice au monde.

Le stockage de l'énergie magnétique supraconductrice présente des avantages potentiels pour la stabilité du réseau électrique, l'amélioration de la qualité du réseau électrique et l'alimentation en courant pulsé des équipements de grande puissance. Il s'agit de l'une des nouvelles orientations de la recherche sur les applications supraconductrices de ces dernières années. Avec le développement de la technologie, le stockage de l'énergie magnétique supraconductrice favorisera le développement et l'innovation du système électrique.