超导磁储能

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超导磁储能 (SMES) 系统将能量存储在由超导线圈中的直流电流产生的磁场中，超导线圈已低温冷却至低于其超导临界温度的温度。

典型的 SMES 系统包括三部分：超导线圈、电源调节系统和低温制冷机。 一旦给超导线圈充电，电流就不会衰减，磁能可以无限储存。

储存的能量可以通过线圈放电释放回网络。 电源调节系统使用逆变器/整流器将交流 (AC) 电转换为直流电或将直流电转换回交流电。 逆变器/整流器在每个方向上约占 2-3% 的能量损失。 与其他储能方法相比，SMES 在储能过程中损失的电量最少。 SMES 系统非常高效； 往返效率大于95%。

由于制冷的能源需求和超导线材的高成本，SMES 目前被用于短期储能。 因此，SMES 最常致力于改善电能质量。

使用超导磁储能而不是其他储能方法有几个原因。 SMES 最重要的优点是充放电时的延时非常短。 电源几乎是瞬间可用的，并且可以在短时间内提供非常高的功率输出。 其他储能方法，例如抽水蓄能或压缩空气，在将存储的机械能转换回电能方面存在大量时间延迟。 因此，如果需求是即时的，SMES 是一个可行的选择。 另一个优点是能量损失比其他存储方法少，因为电流几乎没有遇到阻力。 此外，SMES 中的主要部件是静止的，因此具有很高的可靠性。

有几个可用于商业用途的小型 SMES 单元和几个较大的试验台项目。 多个 1 MW·h 单元用于世界各地装置的电能质量控制，特别是为需要超清洁电力的制造厂提供电能质量，例如微芯片制造设施。

这些设施还被用于在配电系统中提供电网稳定性。 SMES 也用于实用程序。 在威斯康星州北部，部署了一系列分布式 SMES 单元以增强传输环路的稳定性。 输电线路会因造纸厂的运行而承受较大的突然负载变化，并可能出现不受控制的波动和电压崩溃。

工程测试模型是一个容量约为 20 MW·h 的大型 SMES，能够提供 40 MW 的电力持续 30 分钟或 10 MW 的电力持续 2 小时。

一个 SMES 系统通常由四个部分组成

超导磁体及支撑结构

该系统包括超导线圈、磁铁和线圈保护。 在这里，通过断开线圈与较大系统的连接，然后使用磁铁的电磁感应在超导线圈中感应电流来存储能量。 然后该线圈保持电流直到线圈重新连接到更大的系统，之后线圈部分或完全放电。

制冷系统

制冷系统通过将线圈冷却到工作温度来维持线圈的超导状态。

电源调节系统

电源调节系统通常包含一个电源转换系统，可将直流电转换为交流电，反之亦然。

控制系统

控制系统监测电网的电力需求并控制进出线圈的功率流。 控制系统还通过控制冰箱来管理 SMES 线圈的状况。

由于法拉第感应定律，任何及时产生变化磁场的导线环也会产生电场。 此过程通过电动势 (EMF) 从电线中获取能量。 EMF 被定义为当单位电荷通过一个导电环路时对单位电荷所做的电磁功。 现在可以将能量视为存储在电场中。 这个过程使用来自电线的能量，其功率等于电势乘以总电荷除以时间。 其中 Ɛ 是电压或 EMF。 通过定义功率，我们可以计算出产生这样一个电场所需的功。 由于能量守恒，这个工作量也必须等于存储在场中的能量。