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Armazenamento de energia magnética supercondutora (SMES)

1970
Sistema de armazenamento de energia magnética supercondutora em laboratório para aplicações em física do estado sólido.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Os sistemas de armazenamento de energia magnética supercondutora (SMES) armazenam energia no campo magnético criado pelo fluxo de corrente contínua em uma bobina supercondutora. A energia pode ser armazenada indefinidamente, desde que a bobina seja mantida em temperaturas supercondutoras, pois praticamente não há perda de energia devido à resistência elétrica. A energia armazenada é dada por [latex]E = frac{1}{2} LI^2[/latex].

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 criorefrigerador, que representa o principal custo contínuo de energia. Os sistemas SMES são caracterizados por uma eficiência de ciclo extremamente alta (>95%), tempo de resposta instantâneo (milissegundos) e vida útil ilimitada. No entanto, sua densidade de energia é relativamente baixa e os custos de capital, principalmente para o fio supercondutor e o sistema criogênico, são muito altos, limitando seu uso a aplicações de energia de alto valor e curta duração.

UNESCO Nomenclature: 2211
Física do estado sólido

Tipo

Dispositivo físico

Interrupção

Incremental

Uso

Nicho/Especializado

Precursores

  • Descoberta do eletromagnetismo por Hans Christian Ørsted (1820)
  • Lei da indução de Michael Faraday
  • discovery of superconductivity by Heike Kamerlingh onnes (1911)
  • Desenvolvimento de supercondutores do tipo II capazes de conduzir altas correntes em campos magnéticos intensos.

Aplicações

  • Melhoria da qualidade da energia e estabilização da tensão em redes elétricas.
  • Sistemas de alimentação ininterrupta (UPS) para instalações críticas
  • regulação de frequência
  • energizando alta energia experimentos de física

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • 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.

Contexto histórico

Armazenamento de energia magnética supercondutora (SMES)

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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