Nadprzewodnikowe zasobniki energii (SMES)

Transkrypt

1 Nadprzewodnikowe zasobniki energii (SMES) Superconducting Magnetic Energy Storage dr hab. inŝ. Antoni Cieśla, prof. n. Wydział EAIiE Katedra Elektrotechniki i Elektroenergetyki

2 Agenda wystąpienia: 1. Gromadzenie energii w elektroenergetycznych systemach rozproszonych 2. Nadprzewodnictwo cechy charakterystyczne, zastosowania 3. Lewitacja magnetyczna eksperyment 4. Wiadomości o nadprzewodnikowych zasobnikach energii 5. Współpraca nadprzewodnikowych zasobników energii z siecią elektroenergetyczną 6. Elektromagnes nadprzewodnikowego zasobnika energii ( projekt lubelski )

3 Jednym z podstawowych wyzwa stoj cych przed gospodarkami wszystkich krajów w jest zapewnienie dostatecznej ilo ci energii elektrycznej. Jednocze nie, ze wzgl du na podpisanie i ratyfikowanie porozumie mi dzynarodowych, ka de pa stwo jest zobowi zane do ograniczenia ilo ci truj cych substancji b d cych ubocznym produktem procesu wytwarzani energii elektrycznej. W zwi zku z tym coraz wi kszym zainteresowaniem ciesz si odnawialne ród a energii.

4

5 ODNAWIALNE ŹRÓDŁA A ENERGII Mo na do nich zaliczy : energię promieniowania słonecznego, energię wiatru, energię geotermalną, biogaz, biomasę.

6 ODNAWIALNE ŹRÓDŁA A ENERGII Odnawialne źródła energii mogą pracować jako: elektrownie, które wyprodukowan energi elektryczn oddaj do systemu elektroenergetycznego, alternatywne ród a energii, zasilaj ce wydzielony obwód odbiorczy lub grup takich obwodów.

7 KONCEPCJA NOWEJ SIECI

8 KONCEPCJA NOWEJ SIECI Nowa sieć umoŝliwia współprac pracę z tak dotychczas nietypowymi źródłami jak panele fotowoltaiczne, turbiny wiatrowe oraz elektrownie wodne. Źródła a te mogą być umieszczone w budynku mieszkalnym bądźb uŝyteczności ci publicznej. 2. Nowa sieć miałaby aby większe szanse opanowania kaskadowego rozwoju zdarzeń chociaŝby na drodze ograniczenia wartości mocy, przepływaj ywających przez sieć przesyłow ową. 8

9 MAGAZYNOWANIE ENERGII W technice wykorzystywane s ró ne sposoby magazynowania energii: baterie akumulatorów, kompresyjne zasobniki energii, elektrownie szczytowo-pompowe, kinetyczne zasobniki energii, superkondensatory, ogniwa paliwowe, nadprzewodnikowe zasobniki energii.

10 PIERWSZE ODKRYCIA: KAMERLINGH ONNES Heike Kamerlingh Onnes Heike Kamerlingh Onnes na początku XX wieku, pracował w Laboratorium Niskich Temperatur, w Leidzie (Holandia). Zajmował się badaniem przewodnictwa metali w niskich temperaturach. W 1908 roku Kamerlingh Onnes otrzymał skroplony hel (4,2 K). W 1911 roku podczas badań rtęci w temperaturach helowych, otrzymał niemierzalnie małe e wartości oporu, oraz brak wydzielania się ciepła a przy przepływie prądu elektrycznego. W 1913 roku otrzymał nagrodę Nobla za swoje badania

11 100 lat NADPRZEWODNICTWA

12 ODKRYCIE KAMERLINGH ONNES A Rezystancja rtęci w funkcji temperatury

13 R NADPRZEWODNIK Metal rzeczywisty Metal idealnie czysty R r 0 T c 1/3 T D T [K]

14 Pierwsza cecha nadprzewodników: w: ZEROWA REZYSTANCJA (nie ma dyssypacji energii!!)

15 Druga cecha nadprzewodników: w: DOSKONAŁY Y DIAMAGNETYZM (doskonałe e ekranowanie od pól p l magnetycznych)

16 BADANIA MEISSNERA OCHSENFELDA Walter Meissner Nadprzewodnik umieszczony w polu magnetycznym magnesu moŝe e unosić się,, lewitować nad magnesem. Efekt ten został odkryty przez niemieckich fizyków w Waltera Meissnera i Roberta Ochsenfelda w 1933 roku

17 EFEKT MEISSNERA OCHSENFELDA Efekt Meissnera Ochsenfelda polega na usuwaniu pola magnetycznego z nadprzewodnika, poza cienką warstwą powierzchniową materiału o głębokości λ. Efekt ten podzielił nadprzewodniki na I i II rodzaju. Te drugie charakteryzują się tym, Ŝe powyŝej krytycznego pola magnetycznego (HC1) pole magnetyczne moŝe wnikać do objętości nadprzewodnika w postaci nici, pojedynczych fluksonów (tzw. worteksów), z których kaŝda niesie ze sobą kwant strumienia magnetycznego. Te nici tworzą sieć Abrikosowa w przedziale pól H C1 < H c < H C2 ; powyŝej H C2 stan nadprzewodzący jest niszczony

18 EFEKT MEISSNERA OCHSENFELDA

19 EFEKT MEISSNERA OCHSENFELDA ORDINARY CITY In an ordinary city roads are running in all directions resulting in the improper, or distorted, orientation of buildings, which leads to chaos, problems, and violation of Natural Law in individual life and in society. IDEAL CITY In an Ideal City with an ideal Vastu ideal orientation of buildings all roads un North/South, East/West, creating cross-ventilation and enriching city life with the evolutionary power of Natural Law creating order

20 EFEKT MEISSNERA OCHSENFELDA

21 EFEKT MEISSNERA OCHSENFELDA NADPRZEWODNIKI II RODZAJU

22 EFEKT MEISSNERA OCHSENFELDA Obraz wirów na powierzchni stanu mieszanego w NbSe

23 TEORIA BARDEEN A COOPER A SCHRIFFER A John Bardeen, Leon N. Cooper, John R. Schrieffer Amerykańscy fizycy w 1957 r opublikowali pierwszą mikroskopową teorie opisującą nadprzewodnictwo, nazwaną teorią BCS od inicjałów w autorów. Za teorie BCS fizycy w 1972 zostali wyróŝnieniu nagrodą Nobla

24 TEORIA BARDEEN A A COOPER A A SCHRIFFER A Teoria BCS w oparciu o prawa mechaniki kwantowej, przypisuje elektronom własności falowe, stanowią one zatem zbiór r nie cząstek, lecz fal elektronowych. Zbiór tych fal w niskiej temperaturze porusza się w metalu bez przeszkód. Elektrony mające połówkowe spiny, łącz czą się w pary (pary Coopera), układ ma całkowity spin, czyli para Coopera jest bozonem. Elektrony tworzące parę Coopera sąs opisywane przez funkcje falowe