Надпровідний накопичувач електричної енергії
Це нова розробка російських атомників. Поряд зі своїми глобальними проектами, вони не забувають про питання підвищення енергоефективності підприємств промисловості, транспорту, комунальної сфери. Причому пропонують вирішувати їх у чисто практичній площині – за допомогоюнакопичувачів енергії.
Відомо, що технологічні процеси споживають понад 30% всієї виробленої в країні електроенергії. Аналіз використання електродвигунів у різних галузях промисловості, проведений фахівцями Інституту електромашинобудування (Володимир), показав, що інтенсивність та екстенсивність завантаження двигунів залежать не тільки від галузі застосування, а й головним чином від типу механізму та їхньої номінальної потужності.
При заміні двигунів з подвійним перевищенням номінальної потужності над робочою (а саме такий запас є у 5-10% встановленого обладнання) економія електроенергії може становити 40-50%, не кажучи про зниження додаткових витрат на підвищену потужність. Економія електроенергії при впровадженні двигунів із підвищеним ККД коливається від 2 до 5,5% залежно від встановленої потужності.
Річний потенціал економії електроенергії щодо енергозберігаючих заходів у чотирьох галузях народного господарства (промисловості, сільському господарстві, транспорті та сфері послуг) визначено у розмірі 27,7 млрд кВт/год на період 2010 р. та 45,7 млрд кВт/год на рівні 2015 р. Але, мабуть, найсуттєвіший позитивний вплив на енергетичну сферу може надати широке застосування накопичувачів енергії.
Плюс енергія перетікань
На основі моделі електроенергетичної системи з урахуванням впливу процесів акумулювання енергії було проведено розрахунки щодо визначення оптимальної структури генеруючих потужностей для енергосистеми Європейськоїчастини України на період до 2020 р. Для порівняння були також проведені розрахунки за варіантом, запропонованим в Енергетичній стратегії України. Результати показують, що прогнозовані обсяги споживання до 2020 р., за наявності в системі накопичувачів електроенергії, навіть за оптимістичним сценарієм, покриваються на існуючих, але реконструйованих потужностях за рахунок повнішого використання базових потужностей та застосування електроенергії перетікань.
Широке використання системного ефекту накопичувачів енергії (НЕ) дозволяє значно знизити обсяги потужностей, що вводяться, і капіталовкладень в електроенергетику. Загальна економія інвестицій при альтернативному варіанті порівняно з оптимістичним варіантом стратегії становить 39 млрд дол., або більше 30% від загального обсягу запланованих інвестицій. Застосування НЕ, тим більше при немодернізованому устаткуванні, дозволяє зменшити капіталовкладення в генеруючі потужності, заощадити паливо та знизити експлуатаційні витрати на базових потужностях, зменшити втрати від міжсистемних перетікань надлишкових потужностей у періоди мінімумів навантаження.
За допомогою надпровідникового накопичувача енергії енергоємністю від 40 до 100 МДж можна підвищити динамічну стійкість енергосистем, а працюючи у системі автоматичного регулювання енергосистеми, він гаситиме небажані коливання потоків потужності. Накопичувачі менших енергоємностей також можуть компенсувати реактивну потужність, знижуючи цим втрати при транспортуванні електроенергії. Крім того, розрахунки свідчать на користь застосування надпровідникового індуктивного накопичувача енергії (СПІН) як буферного накопичувача енергії в залізничному транспорті на електричній тязі з рекуперацією енергії.
СПІН є, по суті, магнітноюкотушку із надпровідника. Спрощуючи, можна сказати, що ефект надпровідності полягає у повному зникненні електричного опору надпровідника при охолодженні його нижче за якусь критичну температуру. Звичайно, пропадають і всі втрати енергії, пов'язані з електричним опором.
Подібний пристрій може зберігати енергію як завгодно довго у вигляді енергії магнітного поля, створюваного за допомогою надпровідного соленоїда. Очевидно, що при тривалому використанні такого акумулятора знадобляться додаткові витрати на охолодження, проте вигода від використання в результаті суттєво покриває ці витрати.
Принципова перевага індуктивних накопичувачів у тому, що енергія у яких запасається у тому вигляді, як і використовується, – електромагнітному. А якщо немає необхідності в перетворенні з одного виду енергії в інший, то немає і пов'язаних з перетворенням втрат енергії та витрат часу на сам процес, чим грішать інші типи акумуляторів, наприклад, хімічні або гідравлічні. Тому унікальною властивістю надпровідного індуктивного накопичувача є можливість практично миттєвого переходу з режиму накопичення енергії режим її видачі.
Генеральний директор компанії "Український надпровідник" О. В. КАЦАЙ
Опробовано на реакторі
Технічну пропозицію про розробку джерела безперебійного живлення на основі СПІН було висунуто ще в 2005 р. рядом підприємств Росатому. Досвід створення самих надпровідникових накопичувачів має ще давнішу історію. Такі потужні сильноточні пристрої вже створювалися на підприємствах Росатому, які побудували в країні десятки великих надпровідних соленоїдів і нині беруть участь у міжнародному проекті експериментального термоядерного.реактора ITER. Наприклад, обмотка тороїдального магнітного поля цього реактора типу «Токамак» намотана з українського надпровідника, і енергія, що запасається в її магнітному полі, може становити 600 МДж або 166 кВт/год. Цей пристрій з повним правом можна назвати аналогом СПІН.
Фахівцям проект може здатися надто амбітним. Адже для участі в добовому регулюванні енергопотоку необхідно акумулювати енергію близько 10 12 Дж і видавати потужність у сотні мегават, а СПІН, що знаходяться в розробці, мають зараз проектну енергоємність від одиниць до сотень мегаджоулів. Проте за останні роки джерела безперебійного живлення на основі СПІН були опрацьовані в деяких розвинутих країнах – США, Японії, Італії, Німеччині – і показали себе як надійні та ефективні пристрої для стабілізації провалів напруги.
У серійне виробництво
За словамигенерального директора компанії «Український Надпровідник» Олександра Володимировича Кацая,в Україні вже було створено низку СПІН для фундаментальних наукових досліджень, проведено успішні випробування прототипів у діючій енергосистемі Москви. Налагодження серійного виробництва індуктивних накопичувачів дозволить підвищити надійність енергосистем та зробити серйозні кроки щодо широкого впровадження надпровідникових технологій в енергетику.
В даний час галузева компанія «Український надпровідник» спільно з розробниками технології веде активну роботу над створенням компактного надпровідного індуктивного накопичувача енергоємністю 24 МДж, що складається з чотирьох модулів по 6 МДж. Згодом з таких модулів можна буде збирати накопичувачі більшої ємності.
Розвиток надпровідникової промисловості, зокрема. виробництва надпровідних матеріалів, забезпечуєможливість виготовлення накопичувачів на основі СПІН практично для будь-якої енергетичної системи.