211service.com
Supraledande magneter för lagring i rutnät
Superledande magnetisk energilagring (SMES) har länge eftersträvats som en storskalig teknologi eftersom den erbjuder omedelbar energiurladdning och ett teoretiskt oändligt antal laddningscykler. Fram till nyligen har dock materialkostnaderna för SMES-enheter varit oöverkomligt höga för alla utom mycket små applikationer. Nu ett projekt finansierat av USA:s energidepartement (DOE) skulle kunna bana väg för SMES-teknik som erbjuder megawattimmars energilagring. Sådan kapacitet blir alltmer nödvändig för elnät som behöver balansera intermittent mellan förnybara energikällor.
På en DOE Avancerade forskningsprojekt Agency for Energy (ARPA-E) konferens i Washington, D.C. den 2 mars, schweiziskt baserat ingenjörsföretag FIKON skisserade planer för en 3,3 kilowatt-timmars proof-of-concept SMES-prototyp. Enheten kommer att lagra elektricitet i form av ett magnetfält som genereras av likström som cirkulerar genom supraledande ledningar. Geometrin hos de supraledande spolarna skapar ett starkt inneslutet elektromagnetiskt fält, men relativt lite energi behövs för att upprätthålla fältet. Energin frigörs genom urladdning av spolarna.
ABB samarbetar med tillverkare av supraledande tråd Supermakt , Brookhaven National Laboratory , och University of Houston som en del av ARPA-E-anslaget på 4,2 miljoner dollar. Gruppens slutmål är att utveckla en 1-till-2 megawatt-timmars enhet i kommersiell skala som är kostnadskonkurrenskraftig med blybatterier, säger ABB:s projektledare V.R. Ramanan.
Att matcha priset på blybatterier skulle göra SMES-system billigare än svänghjul men dyrare än pumpad vattenkraft eller tryckluft, enligt en nyligen genomförd studie av Electric Power Research Institute . Pumpad vattenkraft, som lagrar energi genom att pumpa vatten uppför, och tryckluft, som lagrar energi i form av luft komprimerad i underjordiska grottor, är de två ledande metoderna för att lagra energi i stor skala idag. Dessa tillvägagångssätt är dock begränsade till områden med sjöar eller andra reservoarer på hög höjd eller med underjordiska grottor.
En viktig fördel som SMES har jämfört med andra energilagringsteknologier är dess förmåga att snabbt frigöra lagrad energi. Det kan gå från full laddning till full urladdning – ingen annan teknik kan göra det, säger Cesar Luongo, senior magnet-divisionskoordinator för Internationell termonukleär experimentreaktor projekt i Cadarache, Frankrike, som inte är involverad i projektet.
Snabb urladdning gör SMES attraktiva för att snabbt stabilisera högspänningsledningar under perioder av tung användning. Av avgörande betydelse är att ABB utvecklar elektriska strömbrytare som skulle tillåta SMES-system att frigöra sin energi gradvis, under upp till en timme, för att hjälpa till att kompensera för minskningar i produktionen från förnybara energikällor som vind och sol.
Luongo säger att för att konkurrera med blybatterier och annan teknik kan SMES-system behöva vara betydligt större än enheterna på 1 till 2 megawattimmar som ABB föreställer sig. De kan behöva erbjuda tiotals megawattimmars lagring, säger Luongo, och ju billigare de andra teknologierna blir, desto längre ut kommer den övergångspunkten.
Steven Minnihan, analytiker vid Lux Research , säger SMES-enheter bör hålla längre än svänghjul eller batterier, eftersom de inte har några rörliga delar. Men, säger han, materialkostnaderna är fortfarande höga. Den verkliga fördelen är dess betydande livslängd jämfört med batterier och svänghjul, men jag tror inte att det är den mest kostnadseffektiva tekniken, säger Minnihan.
SMES-system har ungefär samma livslängd som pumpade vatten- och tryckluftsystem: 10-20 år, till skillnad från 1-10 år för batterier och 8-12 år för svänghjul, säger Minnihan. Han har reservationer mot ABB:s tillvägagångssätt eftersom det kräver stora mängder supraledande ledningar för hög temperatur som till dagens priser skulle göra SMES-system i nätskala oöverkomligt dyra.
Även om kostnaden för supraledande tråd har sjunkit avsevärt de senaste åren, medger Ramanan att den skulle behöva sjunka med ytterligare 300 procent för att små och medelstora företag ska vara konkurrenskraftiga med andra energilagringstekniker i elnätsskala. Han säger att det är en betydande teknisk utmaning att minska kabelkostnaderna, men tillägger att det är syftet med projekt som finansieras av ARPA-E att ta sig an sådana utmaningar. Om vi inte trodde att det här hade potential så hade vi inte gått efter det här, säger han.