ذخیره سازهای مغناطیسی انرژی SMES

      در سیستم قدرت بین قدرتهای الکتریکی تولیدی و مصرفی تعادل لحظه ای برقرار است و هیچ‌گونه ذخیره انرژی در آن صورت نمی‌گیرد. بنابراین تولید شبکه ناچار به تبعیت از منحنی مصرف است که غیر اقتصادی می‌باشد. ابرسانای ذخیره کننده مغناطیسی انرژی وسیله‌ای است که برای ذخیره کردن انرژی، بهبود پایداری سیستم قدرت  و کم‌کردن نوسانات قابل استفاده می‌باشد. این انرژی توسط میدان مغناطیسی که توسط جریان مستقیم ایجاد می‌شود ذخیره می‌شود. ابرسانای ذخیره‌ کننده مغناطیسی انرژی هزاران بار قابلیت شارژ و دشارژ دارد بدون اینکه تغییری در خواص مغناطیسی آن ایجاد شود. ویژگی ابررسانایی سیم پیچ نیز موجب می‌شود که راندمان رفت و برگشت فرایند ذخیره انرژی بسیار بالا و در حدود % 95 باشد. اولین نظریه‌ها در مورد این سیستم در سال 1969 توسط فریه[1] مطرح شد. وی طرح ساخت سیم پیچ مارپیچی بزرگی را ارائه کرد که توانایی ذخیره انرژی روزانه برای تمامی فرانسه را داشت اما به خاطر هزینه ساخت بسیار زیاد آن پیگیری نشد. در سال 1971 تحقیقات در آمریکا در دانشگاه ویسکانسین[2] برای فهمیدن بحثهای بنیادی اثر متقابل بین انرژی ذخیره شده و سیستم‌های چند فاز به ساخت اولین دستگاه انجامید. شرکت هیتاچی در سال 1986 یک دستگاه SMESبه ظرفیت 5 مگاژول را آزمایش کرد. در سال 1989 شرکتهای چوبو و هیتاچی ذخیره ساز مغناطیسی انرژی ساختند. در سال 1995 ذخیره ساز مغناطیسی انرژی به وسیله زیمنس ساخته شد. در سال 1998 نیز ذخیره ساز 360 مگاژول توسط شرکت ایستک[3] در ژاپن ساخته شد. از سال 2004  یک برنامه 10 ساله برای ساخت ذخیره ساز مغناطیسی با ابررسانای دما بالا در کره جنوبی آغاز شده است.

---

[1] Ferrier

[2] Wiscansin

[3] ISTEC

     علاوه بر ذخیره سازی انرژی به منظور تراز منحنی مصرف و افزایش ضریب بار، سیستم‌های مورد اشاره با اهداف دیگری نیز مورد توجه قرار گرفته اند. بروز اغتشاش‌های مختلف در شبکه قدرت از جمله تغییرات ناگهانی بار، قطع و وصل خطوط انتقال و … به عدم تعادل سیستم می‌انجامد. در این شرایط انرژی جنبشی محور ژنراتورهای سنکرون مجبور به تأمین افزایش انرژی ناشی از اختلال هستند و درصورت حفظ پایداری دینامیکی، حلقه‌های کنترل سیستم فعال شده و تعادل را برقرار می‌سازند. این روند، نوسان متغیرهای مختلف مانند فرکانس، توان الکتریکی روی خطوط و… را موجب می‌شود که مشکلات مختلفی را در بهره برداری از سیستم قدرت به دنبال دارد. اما اگر در سیستم مقداری انرژی ذخیره شده باشد، با مبادله سریع آن با شبکه در مواقع مورد نیاز می‌توان مشکلات فوق را کاهش داد. با توجه به اینکه در این سیستم انرژی از صورت الکتریکی به صورت مغناطیسی و یا بر عکس تبدیل می‌شود، ذخیره ساز ابررسانایی دارای پاسخ دینامیکی سریع می‌باشد و بنابراین می‌تواند در جهت بهبود عملکرد دینامیکی نیز به کار رود. معمولاً واحدهای ابررسانایی ذخیره انرژی را در دو مقیاس ظرفیت بالا یعنی حدود 1800 مگاژول برای تراز منحنی مصرف، و ظرفیت پایین (چندین مگا ژول) به منظور افزایش میرایی نوسانات و بهبود پایداری سیستم می سازند. سیم پیچ ابررسانا از طریق مبدل به سیستم قدرت متصل و شارژ می‌شود و با کنترل زاویه آتش تریسیتورها ولتاژ DC دو سر سیم پیچ ابررسانا به طور پیوسته در بازه وسیعی از مقادیر ولتاژهای مثبت ومنفی قابل کنترل است. ورودی ذخیره ساز انرژی می‌تواند تغییرات ولتاژ شبکه، تغییر فرکانس شبکه، تغییر سرعت ماشین سنکرون و…  باشد و خروجی نیز توان دریافتی خواهد بود. مهم ترین قابلیت SMES جداسازی و استقلال تولید از مصرف است که این امر مزایای متعددی از قبیل بهره برداری اقتصادی، بهبود عملکرد دینامیکی و کاهش آلودگی را به دنبال دارد. در کابرد ACجریان الکتریکی هنوز تلفات دارد اما این تلفات می‌تواند با طراحی مناسب کاهش پیدا کند. برای هر دوحالت کاری  AC و DC انرژی زیادی قابل ذخیره سازی است. بهترین دمای عملکرد برای دستگاههای مورد اشاره نیز 50 تا 77 درجه کلوین است.

بزرگترین ذخیره‌ساز مغناطیسی انرژی ابررساناجهان تا سال 2006[1]

---

[1] As of September 19, 2006. Based on Sharp research