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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 cryocooler, which represents the main continuous energy cost. SMES systems are characterized by extremely high round-trip efficiency (>95%), instantaneous response time (milliseconds), and an unlimited cycle life. However, their energy density is relatively low and the capital costs, primarily for the superconducting wire and cryogenic system, are very high, limiting their use to high-value, short-duration power applications.

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
  • ハイケ・カメルリング・オンネスによる超伝導の発見 (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
  • powering high-energy physics experiments

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:SMES、超伝導、磁場、エネルギー貯蔵、超伝導コイル、極低温、電力品質、高効率、インダクタンス、直流。

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。)

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