1. TECHNOLOGICZNA TRANSFORMACJA
SYSTEMÓW I SIECI EE
NADPRZEWODNIKOWE
ZASOBNIKI ENERGII (SMES)
dr hab. inż. Antoni Cieśla, prof. n.
Akademia Górniczo – Hutnicza, Wydział EAIiE
Katedra Elektrotechniki i Elektroenergetyki
Spotkanie panelowe
w ramach Forum Nowej Gospodarki AGH, 15 listopada 2011 roku
2. Wyzwania dla elektroenergetyki
• Wzrost zapotrzebowania na energię
energię
• Niedostatki infrastruktury generacyjnej i sieciowej,
trudności z nowymi inwestycjami
trudnoś
• Wzrost udziału generacji rozproszonej
udział
• Wymogi UE: 20/20/20 do 2020 roku
• Konkurencja na rynku energii elektrycznej
• Wzrost zagrożeń blackoutami
zagroż
Czynniki, o których mówi się w tym panelu, to
czynniki, które wymuszają na elektroenergetyce
działania zmierzające do nowej koncepcji
systemów i sieci EE
2
3. KONCEPCJA NOWEJ SIECI
Nowa sieć umożliwia współpracę z tak
dotychczas nietypowymi źródłami jak panele
fotowoltaiczne, turbiny wiatrowe oraz
elektrownie wodne. Źródła te mogą być
umieszczone w budynku mieszkalnym bądź
użyteczności publicznej.
2. Nowa sieć miałaby większe szanse
opanowania kaskadowego rozwoju zdarzeń
chociażby na drodze ograniczenia wartości
mocy, przepływających przez sieć przesyłową.
3
5. SMART GRID
Rysunek powyższy prezentuje nowe podejście do koncepcji
systemu elektroenergetycznego: sieć inteligentna (Smart
Grid)
SMART GRID
to system elektroenergetyczny integrujący w
sposób inteligentny działania wszystkich
uczestników procesów generacji, transmisji,
dystrybucji
i użytkowania, w celu dostarczania energii
elektrycznej w sposób ekonomiczny, pewny
i bezpieczny Źródło: prezentacja prof. A. Wiszniewskiego
5
6. INTELIGENTNE ALGORYTMY
Polegają na:
przewidywaniu konsekwencji
zaistniałej sytuacji,
oraz
podejmowaniu decyzji,
celem maksymalizacji korzyści
lub minimalizacji strat.
…Wszystko jest monitorowane w czasie
rzeczywistym, czujniki są wszędzie… 6
7. W koncepcji nowej sieci el – en, która
umożliwia współpracę ze źródłami
energii odnawialnej (OZE), istotną rolę
odgrywają zasobniki energii.
7
8. Wadą OZE jako alternatywnych źródeł energii jest okresowość
występowania (słońce, wiatr).
Ta okresowa dostępność tych form energii niestety nie
pokrywa się z okresowością zapotrzebowania na nią.
Na przykład podczas wietrznej nocy, gdy generator wiatrowy produkuje
duże ilości energii, zapotrzebowanie na nią jest minimalne.
Z tego względu w układach z
alternatywnymi źródłami energii jednym
z najważniejszych problemów jest jej
magazynowanie.
8
9. W technice wykorzystywane są różne sposoby
magazynowania energii:
_ baterie akumulatorów,
_ kompresyjne zasobniki energii,
_ elektrownie szczytowo-pompowe,
_ kinetyczne zasobniki energii,
_ superkondensatory,
_ ogniwa paliwowe.
_ nadprzewodnikowe magnetyczne
zasobniki energii (SMES –
Suerconducting Magnet Energy Storage), 9
10. NADPRZEWODNIKOWE
ZASOBNIKI ENERGII
Działanie SMES-a polega na gromadzeniu energii
elektrycznej prądu stałego w elektromagnesie
nadprzewodnikowym w postaci energii pola
magnetycznego.
Prąd w uzwojeniu nadprzewodnikowym, chłodzonym -
w zależności od typu nadprzewodnika - ciekłym helem
lub azotem, płynie praktycznie bezoporowo i bez
strat.
Dzięki temu możliwe jest osiąganie znacznych gęstości
prądu w cienkim drucie nadprzewodnikowym lub
taśmie HTS, gęstości energii pola magnetycznego
osiąga 106 J/m3.
W niewielkich objętościach cewek
nadprzewodnikowych można zatem gromadzić duże
energie.
12. NADPRZEWODNIKOWE
ZASOBNIKI ENERGII
W uzwojeniu nadprzewodnikowym
prąd płynie bez strat,
więc zmagazynowana energia nie jest
rozpraszana i może być
przechowywana dowolnie długo,
gdy elektromagnes znajduje się
w stanie nadprzewodzącym.
13. NADPRZEWODNIKOWE
ZASOBNIKI ENERGII
Opracowane i realizowane w ostatnich latach projekty
przemysłowych zastosowań SMES-ów obejmują trzy grupy:
• układy µSMES o energiach rzędu MJ wchodzących
częściowo w fazę komercjalizacji,
• układy o energiach rzędu GJ (lub MWh), będące jeszcze
w fazie studiów projektowych i konstrukcyjnych,
• zasobniki wysokotemperaturowe o niewielkich energiach
w zakresie kilodżuli, których technologia wymaga
jeszcze intensywnych badań.
15. WSPÓŁPRACA NADPRZEWODNIKOWYCH
ZASOBNIKÓW ENERGII
Z SIECIĄ ELEKTROENERGETYCZNĄ
Zastosowania układów SMES można podzielić
na dwie grupy:
1. układy poprawy stabilności układu
elektroenergetycznego,
2. układy poprawy jakości energii.
17. NADPRZEWODNIKOWE
ZASOBNIKI ENERGII
Zmagazynowana energia może znaleźć, w zależności od
żądanego czasu przekazywania, następujące zastosowania:
przy czasie rzędu mikrosekund, w obciążeniach
rezystancyjnych takich jak lampy fleszowe i lasery,
przy czasach rzędu milisekund, w obciążeniach
indukcyjnych np. przy ograniczeniu plazmy w reaktorach
syntezy termojądrowej,
przy czasach rzędu sekund, do ograniczania
krótkotrwałych dużych poborów energii w systemie
elektroenergetycznym,
przy czasach rzędu godzin, do wyrównywania szczytów
lub zmian obciążeń w systemie elektroenergetycznym.
18. NADPRZEWODNIKOWE
ZASOBNIKI ENERGII
Przemysłowa produkcja zasobników nadprzewodnikowych odbywa się na
razie jedynie w Stanach Zjednoczonych, natomiast w laboratoriach
zachodniej Europy, Japonii, Rosji, Korei i Chin prowadzone są
intensywne prace badawcze i projektowe, w ramach których budowane są
coraz liczniejsze urządzenia eksperymentalne.
Niezbyt zaawansowany poziom technologii nadprzewodnikowych
w pozostałych krajach, w tym także w Polsce, wynika zapewne z
niedoceniania możliwości ich praktycznych zastosowań, braku
wystarczającego finansowania badań, jak też z niewielkiego
upowszechnienia wiedzy o tych unikalnych, ale obiecujących
urządzeniach.
To jednak jest technologia trudna, wymagająca istnienia towarzyszącej
infrastruktury (niskie temperatury, próżnia)
W tabeli zestawiłem prowadzone w ostatnich latach projekty, realizacje i
przemysłowe zastosowania zasobników energii z elektromagnesami z
nadprzewodników nisko- i wysokotemperaturowych.
(źródło: T. Janowski i inni)
