Энергетическая революция: ученые создают накопители энергии на основе сверхпроводников

Основная работа ведется по проектированию накопителя кинетической энергии. Это будет подшипник из современных сверхпроводящих композитных материалов, плавающий в градиентном магнитном поле, создаваемом постоянными магнитами для эффекта магнитной левитации.

Подшипник не касается неподвижных частей устройства — в идеале он должен плавать в вакууме. В этих условиях вращение подшипника происходит практически без трения. Если конструкцию не крутить, например, с помощью электродвигателя, передающего вращение на вал посредством подключенной магнитной муфты, то она будет вращаться в вакууме месяцами, сохраняя передаваемую на это энергию почти без потерь. При необходимости эту энергию можно «снять» с него, снова подключив к подшипнику магнитную муфту и генератор. Ожидается, что в течение 2023 года будет создан рабочий прототип кинетического накопителя.

Второй тип хранения — индукционный, и выглядит он еще более невероятно. Если обмотку из сверхпроводящего материала запитать электрическим током, а затем замкнуть на себя, то короткого замыкания не произойдет (как это было бы в обычной электрической цепи), а в замкнутой цепи начнет протекать электрический ток. схема. замыкание по кругу – а также почти без потерь сохраняет величину тока, а значит, и запасенную энергию, в течение недель и даже месяцев. Энергию из такого накопителя при необходимости можно «снять» и передать полезной нагрузке. В 2023 году НИЯУ МИФИ планирует принципиально разработать проект индукционного накопителя «на бумаге» и рассчитать его технические характеристики.

Главной технической особенностью таких устройств является то, что используемые в конструкциях соединения проявляют свои сверхпроводящие свойства только при очень низкой температуре. Хотя сверхпроводники, которые будут использоваться в разработках НИЯУ МИФИ, называются «высокотемпературными», эти температуры можно назвать только по меркам мира сверхпроводников. Эти агрегаты могут работать только в том случае, если температура в них не выше 77 градусов по шкале Кельвина — то есть чуть больше -200 градусов по Цельсию. Это соответствует температуре кипения жидкого азота — именно с помощью этого приходится поддерживать в накопителе низкую температуру. Игорь Руднев, профессор Института ЛаПлаз и ведущий научный сотрудник лаборатории сверхпроводящих энергетических систем, пояснил, что жидкий азот достаточно дешев, а современные системы теплоизоляции позволяют добавлять азот в баки-аккумуляторы уже не раз в месяц.

Конечно, остро стоит вопрос экономичности таких накопителей. Используемые в них высокотемпературные составные сверхпроводники и редкоземельные магниты довольно дороги. По словам Игоря Руднева, эти агрегаты могут найти применение в «зеленой» энергетике и промышленности. Их можно использовать для повышения равномерности выработки энергии в солнечных и ветряных электростанциях: при наличии ветра или солнца привод будет подзаряжаться, а при выходе из строя природных факторов привод начнет отдавать «энергию в сеть». Они также подходят в качестве резервных источников энергии на промышленных предприятиях, где большое значение имеет непрерывность производства. Также возможно использование таких агрегатов на больших электромобилях, таких как электробусы.

В перспективе НИЯУ МИФИ планирует создать прототипы не только накопителей, но и устройств для всех фаз генерации, производства, передачи и хранения электроэнергии со сверхпроводниками: добавить к накопителям генератор (ветряной или солнечный) на сверхпроводниках устройство. и сверхпроводящий кабель.