சூப்பர் கண்டக்டிங் மேக்னடிக் எனர்ஜி ஸ்டோரேஜ் சிஸ்டம்ஸ் (SMES)

ஆற்றல் சேமிப்பு என்பது ஆற்றலைச் சேமிக்கும் சாதனங்கள் அல்லது இயற்பியல் ஊடகங்கள் மூலம் நடைபெறும் ஒரு செயல்முறையாகும், இதனால் அவர்கள் அதை பின்னர் திறமையாகப் பயன்படுத்தலாம்.

ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகளை இயந்திர, மின், இரசாயன மற்றும் வெப்ப என பிரிக்கலாம். நவீன ஆற்றல் சேமிப்பு தொழில்நுட்பங்களில் ஒன்று SMES அமைப்புகள் - சூப்பர் கண்டக்டிங் காந்த ஆற்றல் சேமிப்பு (சூப்பர் கண்டக்டிங் காந்த ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகள்).

சூப்பர் கண்டக்டிங் மேக்னடிக் எனர்ஜி ஸ்டோரேஜ் (எஸ்எம்இஎஸ்) அமைப்புகள், ஒரு சூப்பர் கண்டக்டிங் சுருளில் நேரடி மின்னோட்ட ஓட்டத்தால் உருவாக்கப்பட்ட காந்தப்புலத்தில் ஆற்றலைச் சேமிக்கின்றன, இது அதன் முக்கியமான சூப்பர் கண்டக்டிங் வெப்பநிலைக்குக் கீழே உள்ள வெப்பநிலைக்கு கிரையோஜெனிக் முறையில் குளிர்விக்கப்படுகிறது. சூப்பர் கண்டக்டிங் காயில் சார்ஜ் செய்யப்படும்போது, ​​மின்னோட்டம் குறையாது மற்றும் காந்த ஆற்றலை காலவரையின்றி சேமிக்க முடியும். சுருளை வெளியேற்றுவதன் மூலம் சேமிக்கப்பட்ட ஆற்றலை கட்டத்திற்குத் திரும்பப் பெறலாம்.

சூப்பர் கண்டக்டிங் காந்த ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்பு நேரடி மின்னோட்டத்தின் ஓட்டத்தால் உருவாக்கப்பட்ட காந்தப்புலத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டது. ஒரு சூப்பர் கண்டக்டிங் சுருளில்.

சூப்பர் கண்டக்டிங் சுருள் தொடர்ந்து கிரையோஜெனிகல் முறையில் குளிரூட்டப்படுகிறது, இதன் விளைவாக அது தொடர்ந்து முக்கியமான வெப்பநிலைக்குக் கீழே இருக்கும், அதாவது. சூப்பர் கண்டக்டர்… சுருளுடன் கூடுதலாக, SMES அமைப்பில் கிரையோஜெனிக் குளிர்சாதனப் பெட்டி மற்றும் ஏர் கண்டிஷனிங் அமைப்பு உள்ளது.

முடிவானது என்னவென்றால், ஒரு சூப்பர் கண்டக்டிங் நிலையில் உள்ள சார்ஜ் செய்யப்பட்ட சுருள் ஒரு தொடர்ச்சியான மின்னோட்டத்தைத் தானே தாங்கும் திறன் கொண்டது, இதனால் கொடுக்கப்பட்ட மின்னோட்டத்தின் காந்தப்புலம் முடிவில்லா நீண்ட காலத்திற்கு அதில் சேமிக்கப்படும் ஆற்றலைச் சேமிக்க முடியும்.

சூப்பர் கண்டக்டிங் சுருளில் சேமிக்கப்படும் ஆற்றல், தேவைப்பட்டால், அத்தகைய சுருளின் வெளியேற்றத்தின் போது பிணையத்திற்கு வழங்கப்படலாம். DC சக்தியை AC சக்தியாக மாற்ற, இன்வெர்ட்டர்கள், மற்றும் நெட்வொர்க்கில் இருந்து சுருளை சார்ஜ் செய்வதற்கு - ரெக்டிஃபையர்கள் அல்லது ஏசி-டிசி மாற்றிகள்.

ஒரு திசையில் அல்லது இன்னொரு திசையில் ஆற்றலை மிகவும் திறமையாக மாற்றும் போது, ​​​​SME இல் ஏற்படும் இழப்புகள் அதிகபட்சம் 3% ஐக் குறிக்கின்றன, ஆனால் இங்கே மிக முக்கியமான விஷயம் என்னவென்றால், இந்த முறையின் மூலம் ஆற்றல் சேமிப்பு செயல்பாட்டில், இழப்புகள் குறைவாகவே உள்ளன. ஆற்றல் சேமிப்பு மற்றும் சேமிப்பிற்கான தற்போது அறியப்பட்ட ஏதேனும் முறைகள். SME களின் ஒட்டுமொத்த குறைந்தபட்ச செயல்திறன் 95% ஆகும்.

சூப்பர் கண்டக்டிங் பொருட்களின் அதிக விலை மற்றும் குளிரூட்டலுக்கு ஆற்றல் செலவுகள் தேவை என்ற உண்மையை கணக்கில் எடுத்துக்கொள்வதால், SMES அமைப்புகள் குறுகிய காலத்திற்கு ஆற்றலைச் சேமிக்கவும் அதே நேரத்தில் மின்சார விநியோகத்தின் தரத்தை மேம்படுத்தவும் தேவையான இடங்களில் மட்டுமே பயன்படுத்தப்படுகின்றன. . அதாவது, அவை பாரம்பரியமாக அவசரத் தேவைகளில் மட்டுமே பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

SME அமைப்பு பின்வரும் கூறுகளைக் கொண்டுள்ளது:

• சூப்பர் கண்டக்டிங் சுருள்,
• கிரையோஸ்டாட் மற்றும் வெற்றிட அமைப்பு,
• குளிரூட்டும் அமைப்பு,
• ஆற்றல் மாற்ற அமைப்பு,
• கட்டுப்பாட்டு சாதனம்.

SME அமைப்புகளின் முக்கிய நன்மைகள் வெளிப்படையானவை. முதலாவதாக, சூப்பர் கண்டக்டிங் சுருள் அதன் காந்தப்புலத்தில் சேமிக்கப்பட்ட ஆற்றலை ஏற்கவோ அல்லது கைவிடவோ முடியும் மிகக் குறுகிய நேரமாகும். இந்த வழியில், மகத்தான உடனடி வெளியேற்ற சக்திகளைப் பெறுவது மட்டுமல்லாமல், மிகக் குறைந்த நேர தாமதத்துடன் சூப்பர் கண்டக்டிங் சுருளை ரீசார்ஜ் செய்வதும் சாத்தியமாகும்.

SME ஐ சுருக்கப்பட்ட காற்று சேமிப்பு அமைப்புகளுடன், ஃப்ளைவீல்கள் மற்றும் ஹைட்ராலிக் குவிப்பான்களுடன் ஒப்பிட்டுப் பார்த்தால், பிந்தையது மின்சாரத்தை இயந்திரமாக மாற்றும் போது பெரும் தாமதத்தால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது மற்றும் நேர்மாறாகவும் (பார்க்க - ஃப்ளைவீல் ஆற்றல் சேமிப்பு).

நகரும் பாகங்கள் இல்லாதது SMES அமைப்புகளின் மற்றொரு முக்கிய நன்மையாகும், இது அவற்றின் நம்பகத்தன்மையை அதிகரிக்கிறது. மற்றும், நிச்சயமாக, ஒரு சூப்பர் கண்டக்டரில் செயலில் எதிர்ப்பு இல்லாததால், இங்கே சேமிப்பு இழப்புகள் மிகக் குறைவு. SMES இன் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் பொதுவாக 1 முதல் 10 Wh/kg வரை இருக்கும்.

1 மெகாவாட் SMES, தேவைப்படும் இடங்களில் மின் தரத்தை மேம்படுத்த உலகளவில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, மிக உயர்ந்த தரமான மின்சாரம் தேவைப்படும் மைக்ரோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் தொழிற்சாலைகள் போன்றவை.

கூடுதலாக, SMEகள் பயன்பாடுகளிலும் பயனுள்ளதாக இருக்கும். எனவே, அமெரிக்காவின் மாநிலங்களில் ஒன்றில் ஒரு காகித தொழிற்சாலை உள்ளது, அதன் செயல்பாட்டின் போது மின் இணைப்புகளில் வலுவான எழுச்சிகளை ஏற்படுத்தும். இன்று, தொழிற்சாலையின் மின் இணைப்பு SMES தொகுதிகளின் முழு சங்கிலியுடன் பொருத்தப்பட்டுள்ளது, இது மின் கட்டத்தின் ஸ்திரத்தன்மைக்கு உத்தரவாதம் அளிக்கிறது. 20 மெகாவாட் திறன் கொண்ட ஒரு SMES தொகுதி இரண்டு மணிநேரத்திற்கு 10 மெகாவாட் அல்லது அரை மணி நேரத்திற்கு 40 மெகாவாட் நிலையானதாக வழங்க முடியும்.

ஒரு சூப்பர் கண்டக்டிங் காயில் மூலம் சேமிக்கப்படும் ஆற்றலின் அளவை பின்வரும் சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம் (இங்கு L என்பது தூண்டல், E என்பது ஆற்றல், I என்பது மின்னோட்டம்):

சூப்பர் கண்டக்டிங் சுருளின் கட்டமைப்பு கட்டமைப்பின் பார்வையில், இது சிதைவை எதிர்க்கும், வெப்ப விரிவாக்கம் மற்றும் சுருக்கத்தின் குறைந்தபட்ச குறிகாட்டிகளைக் கொண்டிருப்பது மிகவும் முக்கியம், மேலும் லோரென்ட்ஸ் சக்திக்கு குறைந்த உணர்திறன் உள்ளது, இது தவிர்க்க முடியாமல் எழுகிறது. நிறுவலின் செயல்பாடு (எலக்ட்ரோடைனமிக்ஸின் மிக முக்கியமான விதிகள்) நிறுவலின் பண்புகள் மற்றும் கட்டுமானப் பொருட்களின் அளவைக் கணக்கிடும் கட்டத்தில் முறுக்கு அழிக்கப்படுவதைத் தடுக்க இவை அனைத்தும் முக்கியம்.

சிறிய அமைப்புகளுக்கு, ஒட்டுமொத்த திரிபு விகிதம் 0.3% ஏற்றுக்கொள்ளத்தக்கதாகக் கருதப்படுகிறது. கூடுதலாக, சுருளின் டொராய்டல் வடிவியல் வெளிப்புற காந்த சக்திகளின் குறைப்புக்கு பங்களிக்கிறது, இது துணை கட்டமைப்பின் விலையை குறைக்க உதவுகிறது, மேலும் நிறுவலை சுமை பொருள்களுக்கு அருகில் வைக்க அனுமதிக்கிறது.

SMES நிறுவல் சிறியதாக இருந்தால், ஒரு சோலனாய்டு சுருளும் பொருத்தமானதாக இருக்கலாம், இது ஒரு டொராய்டு போலல்லாமல் ஒரு சிறப்பு ஆதரவு அமைப்பு தேவையில்லை. இருப்பினும், டொராய்டல் சுருளுக்கு அழுத்தி வளையங்கள் மற்றும் டிஸ்க்குகள் தேவை என்பதை கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும், குறிப்பாக ஆற்றல் மிகுந்த கட்டமைப்பிற்கு வரும்போது.

மேலே குறிப்பிட்டுள்ளபடி, குளிரூட்டப்பட்ட சூப்பர் கண்டக்டர் குளிர்சாதன பெட்டி இயங்குவதற்கு தொடர்ந்து ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது, இது SMES இன் ஒட்டுமொத்த செயல்திறனைக் குறைக்கிறது.

எனவே, நிறுவலை வடிவமைக்கும்போது கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ள வேண்டிய வெப்ப சுமைகள் பின்வருமாறு: துணை கட்டமைப்பின் வெப்ப கடத்துத்திறன், சூடான மேற்பரப்புகளின் பக்கத்திலிருந்து வெப்ப கதிர்வீச்சு, சார்ஜ் மற்றும் வெளியேற்றும் மின்னோட்டங்கள் பாயும் கம்பிகளில் ஜூல் இழப்புகள், அத்துடன் இழப்புகள் வேலை செய்யும் போது குளிர்சாதன பெட்டியில்.

ஆனால் இந்த இழப்புகள் பொதுவாக நிறுவலின் பெயரளவு சக்திக்கு விகிதாசாரமாக இருந்தாலும், SMES அமைப்புகளின் நன்மை என்னவென்றால், ஆற்றல் திறன் 100 மடங்கு அதிகரிப்பதால், குளிரூட்டும் செலவுகள் 20 மடங்கு அதிகரிக்கும். கூடுதலாக, உயர் வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டர்களுக்கு, குறைந்த வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டர்களைப் பயன்படுத்தும் போது குளிரூட்டும் சேமிப்பு அதிகமாக இருக்கும்.

உயர்-வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டரை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு சூப்பர் கண்டக்டிங் ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்பு குளிர்ச்சியின் மீது குறைவாகக் கோருகிறது, எனவே செலவு குறைவாக இருக்க வேண்டும்.

இருப்பினும், நடைமுறையில், இது அவ்வாறு இல்லை, ஏனெனில் நிறுவல் உள்கட்டமைப்பின் மொத்த செலவு பொதுவாக சூப்பர் கண்டக்டரின் விலையை மீறுகிறது, மேலும் உயர் வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டர்களின் சுருள்கள் குறைந்த வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டர்களின் சுருள்களை விட 4 மடங்கு விலை அதிகம். .

கூடுதலாக, உயர்-வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டர்களுக்கான கட்டுப்படுத்தும் தற்போதைய அடர்த்தி குறைந்த வெப்பநிலையை விட குறைவாக உள்ளது, இது 5 முதல் 10 டி வரம்பில் இயங்கும் காந்தப்புலங்களுக்கு பொருந்தும்.

எனவே அதே தூண்டல் கொண்ட பேட்டரிகளைப் பெற, அதிக வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டிங் கம்பிகள் தேவைப்படுகின்றன. நிறுவலின் ஆற்றல் நுகர்வு சுமார் 200 மெகாவாட் என்றால், குறைந்த வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டர் (கடத்தி) பத்து மடங்கு விலை உயர்ந்ததாக மாறும்.

கூடுதலாக, முக்கிய செலவுக் காரணிகளில் ஒன்று: குளிர்சாதனப்பெட்டியின் விலை மிகவும் குறைவாக இருப்பதால், அதிக வெப்பநிலை சூப்பர் கண்டக்டர்களைப் பயன்படுத்தி குளிரூட்டும் ஆற்றலைக் குறைப்பது மிகக் குறைந்த சதவீத சேமிப்பை அளிக்கிறது.

உச்ச இயக்க காந்தப்புலத்தை அதிகரிப்பதன் மூலம் SMES இல் சேமிக்கப்படும் அளவைக் குறைக்கவும் ஆற்றல் அடர்த்தியை அதிகரிக்கவும் முடியும், இது கம்பி நீளம் குறைப்பு மற்றும் ஒட்டுமொத்த செலவில் குறைப்பு ஆகிய இரண்டிற்கும் வழிவகுக்கும். உகந்த மதிப்பு சுமார் 7 டி உச்ச காந்தப்புலமாக கருதப்படுகிறது.

நிச்சயமாக, புலம் உகந்ததைத் தாண்டி அதிகரித்தால், குறைந்த செலவில் கூடுதலான அளவு குறைப்பு சாத்தியமாகும். ஆனால் ஈடுசெய்யும் சிலிண்டருக்கு இடமளிக்கும் போது டொராய்டின் உள் பகுதிகளை ஒன்றாகக் கொண்டுவருவது சாத்தியமற்றது என்பதால் புலத் தூண்டல் வரம்பு பொதுவாக உடல் ரீதியாக வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது.

SME களுக்கான செலவு குறைந்த மற்றும் திறமையான நிறுவல்களை உருவாக்குவதில் சூப்பர் கண்டக்டிங் பொருள் ஒரு முக்கிய பிரச்சினையாக உள்ளது. இன்றைய டெவலப்பர்களின் முயற்சிகள் முக்கியமான மின்னோட்டத்தை அதிகரிப்பதையும், சூப்பர் கண்டக்டிங் பொருட்களின் சிதைவின் வரம்பை அதிகரிப்பதையும், அவற்றின் உற்பத்தி செலவைக் குறைப்பதையும் நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன.

SME அமைப்புகளின் பரவலான அறிமுகத்திற்கான பாதையில் உள்ள தொழில்நுட்ப சிக்கல்களை சுருக்கமாக, பின்வருவனவற்றை தெளிவாக வேறுபடுத்தி அறியலாம். சுருளில் உருவாக்கப்பட்ட குறிப்பிடத்தக்க லோரென்ட்ஸ் விசையைத் தாங்கும் திறன் கொண்ட திடமான இயந்திர ஆதரவின் தேவை.

ஒரு பெரிய நிலத்தின் தேவை, ஒரு SME நிறுவல், எடுத்துக்காட்டாக 5 GWh திறன் கொண்ட, சுமார் 600 மீட்டர் நீளம் கொண்ட ஒரு சூப்பர் கண்டக்டிங் சர்க்யூட் (வட்ட அல்லது செவ்வக) கொண்டிருக்கும். கூடுதலாக, சூப்பர் கண்டக்டரைச் சுற்றியுள்ள திரவ நைட்ரஜனின் வெற்றிட கொள்கலன் (600 மீட்டர் நீளம்) நிலத்தடியில் அமைந்திருக்க வேண்டும் மற்றும் நம்பகமான ஆதரவு வழங்கப்பட வேண்டும்.

அடுத்த தடையாக உயர்-வெப்பநிலை மட்பாண்டங்களின் மிருதுவான தன்மை உள்ளது, இது அதிக மின்னோட்டங்களுக்கு கம்பிகளை வரைய கடினமாக்குகிறது.சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டியை அழிக்கும் முக்கியமான காந்தப்புலம் SMES இன் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் தீவிரத்தை அதிகரிக்க ஒரு தடையாக உள்ளது. அதே காரணத்திற்காக NS க்கு ஒரு முக்கியமான தற்போதைய பிரச்சனை உள்ளது.