Многофункциональный режим работы СПИН (Требования разработаны ОАО «Энергосетьпроект» ) 1 - компенсация провалов мощности (60 -70 МВт; 1 сек) 2 - компенсация регулярных колебаний мощности (8 -10 МВт; 0, 3 -0, 5 Гц) 3 - компенсация нерегулярных колебаний мощности (40 МВт; период Т до 30 сек)
Схема возможных применений СПИН в энергосистеме
Технология НТСП СПИН как база для развития технологии ВТСП СПИН в России Как одно из перспективных направлений использования сверхпроводимости в энергетике отмечается применение НТСП и ВТСП СПИН в энергосетях, промышленности и на железнодорожном транспорте в качестве источников бесперебойного питания, рекуператоров энергии и устройств для сглаживания пиков и провалов нагрузки. Наработки по созданию крупных нестационарных сверхпроводящих магнитных систем к 2005 -2010 г. г. дали возможность вплотную подойти к созданию экспериментального термоядерного реактора ИТЭР мощностью 400 -600 МВт и НТСП СПИН энергоемкостью до 1000 -2000 МДж для энергосетей. . Диаграмма в координатах “мощность - запасаемая энергия” отражает состояние разработок СПИН для электроэнергетических сетей ( ) в сравнении с разработками индуктивных накопителей для импульсных систем питания крупных электрофизических установок ( ) и c аналогами - сверхпроводящей магнитной системой термоядерного реактора ИТЭР ( ) и её модельных катушек ( ), которые близки к СПИН для электросетей по режимам работы, конструкции и технологии. - реализованные проекты, действующие установки - сооружаемые установки - проектные разработки, НИР на макетах и моделях - отечественные резистивные и криорезистивные индуктивные накопители производства НИИЭФА Отечественные экспериментальные импульсные СПИН (НИИЭФА, ИВТРАН, ТРИНИТИ, РНЦ”КИ”) Коммерческие “микро-СПИН” (США ) 1 - опытно-промышленный СПИН для повышения пропускной способности ЛЭП (США) 2 – отечественные многоцелевые сверхпроводящие соленоиды (НИИЭФА) 3 - СПИН для статической и динамической стабилизации энергосетей (США, Япония, Германия) 4 - модули СПИН, требующиеся для систем электродинамического разгона при выводе полезного груза на околоземную орбиту 5 - область параметров СПИН, определенная ОАО “Электросетьпроект” как представляющая практический интерес для повышения режимной надежности крупных узлов нагрузки, пропускной способности слабых межсистемных связей, обеспечения статической и динамической устойчивости реальных сетей ОАО “ФСК ЕЭС”
Сверхпроводящий ключ СК-250 Ключ изготовлен из сверхпроводящего провода на основе ниобий-титана в резистивной медномарганцевой матрице и может использоваться при рабочем токе до 400 А в нулевом поле (до 250 А в поле 4 Тл). Скорость срабатывания ключа составляет менее 2 с, мощность нагревателя не превосходит 0, 06 Вт. По расходуемой мощности нагревателя разработанный нами ключ в 5 -7 раз экономичнее зарубежных аналогов, в частности, ключей фирмы “Oxford Instruments”. Ключи СК можно использовать для организации низкоомных Ом контактов, что позволяет добиться малых величин спада тока в соленоидах при работе в режиме “замороженного” потока.
Функциональная блок-схема импульсного источника питания на основе СПИН Схемы вывода энергии: 1) из ИН с умножением тока с помощью “теплых” коммутаторов 2) СПИН с помощью сверхпроводящих ключей
Наимено-вание накопителей Тип Запас энергии, МДж Параметры разряда Ток, к. А Напр яжение, к. В Длительн ость импульса, Мс Коэффициент умножения тока СО‑ 23 Криорезистивный цилиндрический с коммутационным умножением тока 30 50 1 10 ИН‑ 20 Резистивный тороидальный с коммутационным умножением тока 20 6000 50 0, 2 60 Трансформаторный резистивный тороидальный 900 830 1, 5 200 6 ТИН‑ 900
Опытно-промышленный модуль обмотки для мощных импульсных СПИН энергоемкостью до 1000 МДж. Разработка НИИЭФА 1975 г.
Комплекс «микро» -СПИН, смонтированный на трейлере
Японский НТСП СПИН энергоемкостью 20 МДж и проект преобразователя на 100 МВА
тороидальный ВТСП СПИН на 20 МДж@20 К один из первых японских ВТСП СПИН энергоемкостью 1 МДж на основе кабеля из соединения Вi 2212. Рабочая температура 4 -5 К , охлаждение с помощью криокулеров.
Работы в РФ Модуль СПИН (проект) энергоемкостью 66, 7 МДж Обмоточный сверхпроводник типа “кабель в оболочке” с циркуляционным охлаждением. Конструкция (а) и технология изготовления проводника разработаны ОАО «ВНИИКП» . Технология апробирована на изготовленных опытных образцах (б). (На приведенном фото наружная оболочка проводника частично удалена).
Внешний вид установки для испытания пары токовводов в условиях ограниченного теплосъема вне криостата
Параметры Зарядной Катушки установки LDX Значение Параметры С-катушки, ед. изм. Число витков в катушке 8388 Общая длина кабеля в катушке, км 38, 08 Рабочий ток, A 435 Запасаемая энергия, МДж 12 -17 Магнитное поле, Tл 4, 9 -5, 0 Напряжение, к. В 3, 0 Полный вес катушки, кг 3140 Полный вес криостата, кг 10000
«Русский cверхпроводник» подал заявку на проект создания СПИН в Госкорпорацию «Роснано» Компания «Русский cверхпроводник» и дочерняя организация «Сверхпроводниковый индукционный накопитель» подали проект по созданию производства источников бесперебойного питания на базе наноструктурированных низкотемпературных сверхпроводников в Госкорпорацию «Роснано» . Проект одобрен в первом рассмотрении и принят к дальнейшей работе. В качестве партнеров в реализации проекта планируется привлечение научно-производственных организаций Госкорпорации «Росатом» , ведущих специалистов научно-исследовательских институтов РАН, компаний и организаций электроэнергетического комплекса, таких как: ОАО «ТВЭЛ» , ОАО «ЧМЗ» , ГНЦ ИФВЭ, ОАО «ВНИИНМ» , ФГУП «НИИЭФА» , ГНЦ ТРИНИТИ, ОИВТ РАН, НТЦ «Электроэнергетики» и др. Сверхпроводящий индуктивный накопитель энергии (СПИН) конструктивно представляет собой магнитную катушку из сверхпроводника. В силу отсутствия в охлажденном ниже критической температуры сверхпроводнике электрического сопротивления, а следовательно, и всех связанных с ним потерь энергии, подобное устройство может хранить энергию сколь угодно в виде запасенной энергии магнитного поля. При длительном использовании такого аккумулятора понадобятся дополнительные расходы на поддержание охлаждения. Однако выгода от использования СПИН в итоге существенно покрывает эти расходы. Принципиальное преимущество индуктивных накопителей состоит в том, что энергия в них запасается в том же виде, в каком используется, – электромагнитной. Это исключает необходимость преобразования энергии из одного вида в другой, а также связанные с этим преобразованием потери энергии и затраты времени на сам процесс. Поэтому уникальным свойством сверхпроводящего индуктивного накопителя является возможность мгновенного перехода из режима накопления энергии в режим ее выдачи. Широкое использование системного эффекта накопителей позволяет значительно снизить объемы вводимых мощностей и капиталовложений в электроэнергетику. В этом случае общая экономия по сравнению с оптимистическим вариантом единой энергетической стратегии может составить более 30% от общего объема запланированных инвестиций. Применение аккумулирующих технологий позволит эффективнее использовать действующие электростанции и снизить затраты за счет уменьшения доли тепловых маневренных станций и выравнивания суточной нагрузки. Кроме того, экономический эффект от внедрения СПИН увеличится за счет роста надежности и устойчивости энергетической системы, а также от повышения качества электроэнергии.
Кинетический накопитель Магнитный подшипник Схема и фотография системы левитации
ВТСП магнитный подшипник
ВТСП магнитный подшипник
Прототип кинетического накопителя
Монтирование маховика кинетического накопителя энергии.
Объемные ВТСП материалы
Скачать презентацию Многофункциональный режим работы СПИН Требования разработаны ОАО Энергосетьпроект
СПИН.ppt