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초전도 자기 에너지 저장(SMES)

1970
고체물리학 응용을 위한 실험실용 초전도 자기 에너지 저장 시스템.

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

초전도 자기 에너지 저장(SMES) 시스템은 초전도 코일에 직류 전류가 흐르면서 생성되는 자기장에 에너지를 저장합니다. 코일이 초전도 온도로 유지되는 한, 전기 저항으로 인한 에너지 손실이 거의 없기 때문에 에너지를 무기한으로 저장할 수 있습니다. 저장된 에너지는 [latex]E = frac{1}{2} LI^2[/latex]로 주어집니다.

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 극저온 냉각기이는 주요 지속 에너지 비용을 나타냅니다. SMES 시스템은 매우 높은 왕복 효율(95% 이상), 즉각적인 응답 시간(밀리초), 그리고 무제한 수명 주기를 특징으로 합니다. 그러나 에너지 밀도가 상대적으로 낮고, 특히 초전도선과 극저온 시스템에 대한 초기 투자 비용이 매우 높아 고부가가치 단시간 전력 공급 용도로 사용이 제한됩니다.

UNESCO Nomenclature: 2211
고체물리학

유형

물리적 장치

분열

점진적

용법

틈새/전문 분야

전구체

  • 한스 크리스티안 외르스테드의 전자기학 발견 (1820년)
  • 마이클 패러데이의 귀납법칙
  • discovery of superconductivity by Heike Kamerlingh onnes (1911)
  • 강한 자기장에서 높은 전류를 전달할 수 있는 2형 초전도체의 개발

응용 프로그램

  • 전력망의 전력 품질 개선 및 전압 안정화
  • 중요 시설용 무정전 전원 공급 장치(UPS)
  • 주파수 조절
  • 전원 공급 고에너지 물리 실험

특허:

NA

잠재적 혁신 아이디어

  • 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.

역사적 맥락

초전도 자기 에너지 저장(SMES)

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

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)

10년차 기념일

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