www.3manage.com
لایسنس آنتی ویروس

تحقیق اولین سیستم SMES

اولین سیستم SMES

اولین نظریه‌ها در مورد این سیستم توسط فرریهFerrier در سال ۱۹۶۹ مطرح شد او سیم‌پچی بزرگ مارپیچی که توانایی ذخیره انرژی روزانه کل فرانسه داشت پیشنهاد کرد. که به خاطر هزینه ساخت بسیار زیاد آن کسی پیگیری نکرد. در سال ۱۹۷۱ تحقیقات در آمریکا در دانشگاه ویسکانسین برای فهمیدن بحث‌های بنیادی اثر متقابل مابین انرژی ذخیره شده و سیستم‌های چند فازه منجر به ساخت اولین دستگاه شد.

هیتاچی در سال۱۹۸۶ یک دستگاه SMES به میزان ۵MJ را ساخت و آزمایش کرد. در سال۱۹۹۸ یک SMES 100KWH توسط ISTEC در ژاپن ساخته شد.

SMES و مدل‌سازی آن

یک واحد SMES که در سیستمهای قدرت بکار گرفته می‌شود از یک سیم‌پیچ بزرگ ابررسانا و یک سیستم سردکننده هلیم به منظور نگهداری دمای هلیم در زیر دمای بحرانی تشکیل شده است. سیم‌پیچ ابررسانا از طریق دو مبدل AC/DC شش تریسیتور و یک ترانسفورماتور قدرت سه سیم پیچه کاهنده به سیستم قدرت متصل است.

در شکل اندوکتانس L بهzعنوان بار در قسمت DC در منطقه کنترل دما قرار می‌گیرد. و مبدل‌های AC/DCدر خارج این منطقه قرار می‌گیرند. با کنترل زاویه آتش تریسیتورها ولتاژ DC دو سر سیم‌پیچ ابر رسانا را می‌توان به‌طور پیوسته در بازه‌ی وسیعی از مقادیر ولتاژهای مثبت و منفی کنترل کرد. اگر از تلفات جزیی سیستم صرف‌نظر کنیم بر اساس تئوری مبدل‌ها داریم:

 

که در آن Ed ولتاژ دو سرسیم‌پیچ Ed ولتاژ ماکزیمم دو سر سیم‌پیچ در بی‌باری، Idجریان سیم‌پیچ ابر رسانا،xc راکتانس کموتاسیون همگی بر حسب pu و a زاویه آتش می‌باشد مشخصه‌کاری SMES دارای دو حالت یکسوسازی و اینورتری می‌باشد. معمولاً این پریود در زاویه آتش صفر یعنی حداکثر ولتاژ انجام می‌شود. در حالت اینورتری انرژی مغناطیسی ذخیره شده در سیم‌پیچ به شکل الکتریکی وارد شبکه می‌گردد.

شکل زیر بلوک دیاگرام مدل SMES را نشان می‌دهد. ولتاژ Ed دو سر سیم سیم‌پیچ به‌عنوان عامل کنترل توان مورد استفاه قرار می‌گیرد. بسته به نوع کاربرد SMES یکی از کمیت‌های تغییر فرکانس شبکه تغییر سرعت ماشین سنکرون، تغییرات ولتاژ شبکه و… به‌عنوان ورودی به SMES انتخاب می‌شود. خروجی SMES نیز توان دریافتی می‌باشد. در این شکل Tdc تأخیر زمانی مبدل،Kf بهره حلقه کنترل و L اندوکتانس سیم‌پیچ می‌باشد. معمولاً پس از تخلیه انرژی SMES زمان زیادی لازم است تا جریان به حالت اولیه بر می‌گردد، به منظور رفع این مشکل می‌توان از یک فیدبک تغییر جریان استفاده کرد. بدین ترتیب SMES را در مطالعات دینامیکی می توان با این مدل غیر خطی مرتبه دوم توصیف کرد.

 

چگونگی انجام کار ابررسانایی

اجسام ابررسانا ظرفیت ذخیزه را افزایش می‌دهند، در دماهای پایین اجسام ابررسانا در مقابل عبور جریان از خود مقاومتی نشان نمی‌دهند. به هر حال کاربرد ابرساناها توسط عواملی چون وضعیت کاهش دما، میدان مغناطیسی بحرانی و چگالی جریان بحرانی محدود می‌شود.

 

 

SMES انرژی الکتریکی را در میدان مغناطیسی ناشی از جریانDC جاری در سیم‌پیچ ذخیره می‌شود. اگر سیم‌پیچ از موادی مثل مس باشد انرژی مغناطیسی زیادی در سیم به خاطر مقاومت بیهوده تلف می‌شود؛ اگر سیم از جنس ابر رسانا باشد انرژی در حالت «پایا» و تا زمانی‌که لازم است ذخیره شود. ابررساناها در مقابل جریان DC مقاومت ندارند و به همین دلیل در دمای پایین تلفات اهمی را محو می‌کنند در کابرد AC جریان الکتریکی هنوز تلفات دارد اما این تلفات می‌تواند با طراحی مناسب کاهش پیدا کند. برای هر دوحالت کاری AC DC انرژی زیادی ذخیره می‌شود.بهینه‌ترین دما برای دستگاهها ۷۷-۵۰ کلوین است.

انرژی ذخیره شده در سیم‌پیچ برابر است با :

حجم چگالی انرژی :

 

 

ابررساناها و ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی

اصول کلی ژنراتورهای هیدرودینامیک مغناطیسی (MHD) که از سال ۱۹۵۹ پژوهش‌هایی برای تولید برق به وسیله آن‌ها شروع شده و هنوز ادامه دارد، بر این اساس است که جریان گاز پلاسما (بسیار داغ) یا فلز مذاب از میان میدان مغناطیسی قوی عبور داده می‌شود. با عبور گاز داغ یا فلز مذاب، در اثر میدان مغناطیسی بسیار قوی موجود، یون‌های مثبت و منفی به سمت الکترودهایی که در بالا و پایین جریان گاز پلاسما یا فاز مذاب قرار دارند، جذب می‌شوند و مانند یک ژنراتور جریان مستقیم، تولید الکتریسیته را باعث می‌شوند. قدرت الکتریکی این ژنراتور جریان مستقیم با اینورترهای الکترونیک قدرت، به برق جریان متناوب تبدیل و به شبکه متصل می‌شود. با توجه به هزینه بالای تولید الکتریسیته در ژنراتورهای MHD، استفاده از آنها تنها به منظور یکنواختی منحنی مصرف در زمانهای پرباری شبکه مفید است. سیم‌پیچهای بزرگ ابررسانا که از مواد ابررسانای متعارف مانند آلیاژ نیوبیوم تیتانیوم ساخته شده‌اند برای تولید میدانهای مغناطیسی بسیار قوی مناسب و قابل استفاده است. اگر فاصله دو الکترود ۱/۰ متر، سرعت یونها ۴۰۰ متر بر ثانیه و میدان مغناطیسی ۵ تسلا باشد، ولتاژ خروجی ۲۰۰ ولت خواهد بود و در طول کانال ۶ متری و با قطر یک متر، ۴۰ مگاوات انرژی قابل تولید است. مزیت اصلی ژنرتورهای MHD وزن نسبتاً کم آنها در مقایسه با ژنراتورهای متعارف است که استقبال از کاربرد آنها را در صنایع هوایی و دریایی موجب شده است.

 

یک نظر بگذارید

دسته‌ها

اين سايت را حمايت مي کنم