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超伝導磁気エネルギー貯蔵(SMES)

1970
固体物理学応用を目的とした、実験室における超伝導磁気エネルギー貯蔵システム。

(画像はイメージです)

超伝導磁気エネルギー貯蔵(SMES)システムは、超伝導コイルに直流電流を流すことで発生する磁場にエネルギーを蓄積します。コイルが超伝導温度に保たれている限り、電気抵抗によるエネルギー損失がほとんどないため、エネルギーは無期限に蓄積できます。蓄積されるエネルギーは、[latex]E = frac{1}{2} LI^2[/latex]で与えられます。

An SMES unit consists of three main parts: a superconducting coil, a power conditioning system (PCS), and a cryogenic refrigerator. The coil is made from a superconducting material (like Niobium-titanium) which, when cooled below its critical temperature, has near-zero electrical resistance. A direct current is charged into the coil, creating a strong magnetic field where energy is stored according to the formula [latex]E = frac{1}{2} L I^2[/latex], where L is the coil’s inductance and I is the current. Because the resistance is negligible, the current can circulate perpetually with minimal loss, making the storage highly efficient. The PCS, typically using solid-state inverters/rectifiers, manages the flow of power, converting AC power from the grid to DC for charging the coil, and converting the stored DC energy back to AC for discharge. The entire coil must be maintained at extremely low temperatures (around 4.2 K for low-temperature superconductors) by a 極低温冷却器これは、主な継続的なエネルギーコストを表します。SMESシステムは、極めて高い往復効率(95%以上)、瞬時の応答時間(ミリ秒)、および無制限のサイクル寿命を特徴としています。しかし、エネルギー密度は比較的低く、主に超電導線と極低温システムのための設備投資コストが非常に高いため、その使用は高価値で短時間の電力用途に限定されます。

UNESCO Nomenclature: 2211
固体物理学

タイプ

物理デバイス

混乱

増分

使用法

ニッチ/専門分野

前駆物質

  • ハンス・クリスチャン・エルステッドによる電磁気学の発見(1820年)
  • マイケル・ファラデーの帰納法則
  • discovery of superconductivity by Heike Kamerlingh onnes (1911)
  • 強磁場下でも大電流を流せる第二種超伝導体の開発

アプリケーション

  • 電力系統における電力品質の改善と電圧安定化
  • 重要施設向け無停電電源装置(UPS)
  • 周波数調整
  • 電力供給 高エネルギー 物理実験

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • high-temperature superconductor (HTS) SMES systems to reduce cooling costs
  • toroidal coil designs to confine the magnetic field and reduce stray fields
  • micro-smes for distributed power quality applications
  • hybrid smes-battery systems for both high power and high energy
  • wireless smes charging systems for specialized applications
  • integration with magnetic levitation (maglev) train systems
  • smes for spacecraft power systems and pulsed energy weapons
  • modular smes units for scalable grid deployment
  • fault current limiting capabilities using smes technology
  • development of quench protection systems to manage the transition from superconducting to normal state
Related to: SMES, superconductivity, magnetic field, energy storage, superconducting coil, cryogenics, power quality, high efficiency, inductance, direct current.

歴史的背景

超伝導磁気エネルギー貯蔵(SMES)

1964
1968
1970
1970
1975
1980
1980
1963
1965
1970
1970
1974-11-15
1980
1980
1980

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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