Сверхпроводниковые индуктивные накопители энергии

1. Дабахов М.В. Тяжелые металлы: Экотоксикология и проблемы нормирования / Дабахов М.В., Дабахова Е.В., Титова В.И. // Н. Новгород: ВВАГС, 2005. 165 с.

2. Елизарьева Е.Н. Особенности выбора фиторемедиационных технологий очистки почв и сточных вод от ионов тяжелых металлов / Елизарьева Е.Н., Янбаев Ю.А., Кулагин А.Ю. // Вестник удмуртского университета, 2016. № 3. Том 26. С. 7-19.

3. Третьяченко Е.В. Взаимодействие наноразмерных полититанатов калия с растворами солей переходных металлов / Третьяченко Е.В., Смирнова О.А., Никитюк Т.В., Викулова М.А., Ковалева Д.С. // Башкирский химический журнал, 2012. № 1. Том 19. С. 38-41.

4. Викулова М.А. Сорбционные свойства полититаната калия, модифицированного в водных растворах смесей солей переходных металлов / Викулова М.А., Ковалева Д.С., Третьяченко Е.В., Кругова Е.Ю., Гороховский А.В., Саунина С.И. // Фундаментальные исследования, 2015. № 12. С. 882-885.

5. Tretyachenko E.V. Adsorption and photo-catalytic properties of layered lepidocrocite-like quasi-amorphous compounds based on modified potassium polytitanates / Tretyachenko E.V., Gorokhovsky A.V., Yurkov G.Y., Fedorov F.S., Vikulova M.A., Kovaleva D.S., Orozaliev E.E. // Particuoogy, 2014. Vol. 17. P. 22-23.

6. Шевелев А.А. Квантово-химическое моделирование поверхности полититанатов / Шевелев А.А., Парфенов Д.А., Бурмистров И.Н., Алтухов С.П., Ермоленко А.В. // Фундаментальные исследования, 2014. № 6. С. 1169-1172.

7. Sanchez-Monjaras T. Molten Salt Synthesis and Characterization of Potassium Polytitanate Ceramic Precursors with Varied TiO2/K2O Molar Ratios / Sanchez-Monjaras T., Gorokhovsky A.V., Escalante-Garcia J.I. // J. Am. Ceram. Soc., 2008. № 9. Vol. 91. P. 3058-3065.

СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ИНДУКТИВНЫЕ НАКОПИТЕЛИ

ЭНЕРГИИ Мифтахов К.Р.1, Орлов А.В.2

Мифтахов Камиль Рашитович - студент, направление: мехатроника и робототехника, кафедра автоматизации технологических процессов; 2Орлов Алексей Вениаминович - кандидат технических наук, доцент, кафедра естественно-научных и общепрофессиональных дисциплин, Филиал федерального государственного бюджетного общеобразовательного учреждения

высшего образования Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Стерлитамак

Аннотация: в статье рассмотрены основные проблемы современной энергетики. Проанализированы использующиеся на данный момент накопители энергии. Особое внимание обращается на принципиально новый вид накопителя энергии, и его перспективы использования.

Ключевые слова: современная энергетика, накопители энергии, СПИН, энергосистемы.

Известно, что нагрузка энергосистем во время их работы различается по величине и по времени. Производство электроэнергии на электростанциях практически повсеместно равно ее потреблению (не учитывая потери). Получается, производство электроэнергии должно подстраиваться под саму нагрузку и ее пики. Однако не все

представители производства электроэнергии могут соответствовать этому условию. К подобным относятся АЭС. ТЭЦ могут работать в таких условиях, однако у них будет снижаться КПД, а также ускоряться износ [2].

На данный момент для хранения энергии используют накопители, которые подразделяются на емкостные и механические, а также гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). Первые два вида редко применяются ввиду их низкой энергоемкости. Также применяются ГАЭС, которые могут компенсировать необходимые пики нагрузки. Из недостатков ГАЭС стоит отметить, что строительство таких станций стоит немалых финансовых средств, а также требует благоприятного места для строительства.

Альтернативным накопителем электрической энергии может стать сверхпроводниковый индуктивный накопитель (СПИН), принцип которого основан на использовании сверхпроводимости. Суть данного явления заключается в следующем: если проводник с током охладить ниже определенной (критической) температуры, то исчезнет его электрическое сопротивление. Вследствие этого также исчезнет энергия, выделяющаяся за счет этого сопротивления. Данный накопитель теоретически способен сберегать энергию длительное время в виде энергии магнитного поля, которое создается сверхпроводящим соленоидом. Так как потребители используют переменный ток, следует во время заряда данного накопителя выпрямить переменный ток, а во время разряда инвертировать постоянный ток в переменный [1].

Применение СПИН будет иметь ряд преимуществ. Стоит отметить, что при этом у энергосистем увеличится надежность, это благоприятно скажется на транспортировке и распределение электрической энергии, а также ее потребление. СПИН позволит демпфировать низкочастотные колебания в сети, что приведет к значительному снижению потерь надежности энергосистем.

СПИН найдет применение у «ответственных» потребителей. Например, на предприятиях нефтехимической промышленности есть производственные линии, которые не должны прерывать энергоснабжение даже на очень короткие сроки. Можно отметить еще одну из потенциальных областей применения СПИН -поддержание питания без перебоев учреждений медицинского характера, проводящих сложные операции с использованием современных медицинских аппаратов.

Использование СПИН позволит снять нагрузку с АЭС. Это станет возможным, если осуществлять зарядку СПИН от атомных электростанций во время малого энергопотребления в системе и выдавать энергию, разряжая их в часы пиковой нагрузки потребителей. Это позволит в свою очередь сгладить график нагрузки такого ответственного базового производителя электроэнергии как АЭС, тем самым создавая условия для повышения надежности и безопасности их работы [3].

Обширному внедрению в мировую энергетику имеющихся проектов СПИН препятствует их высокая цена, так как при производстве используют довольно дорогие материалы, а также сам процесс производства весьма сложен.

В настоящее время СПИН рентабельно применять лишь в маломощных системах (100-1000 кВт), которые обеспечивают высокую стабильность и качество электроэнергии ответственных потребителей.

В заключение хотелось бы отметить, что СПИН является перспективной заменой всех существующих накопителей энергии. Его преимущества превосходят свои недостатки, связанные с нерешенными проблемами его производства. При освоении высокотемпературных сверхпроводниковых технологий, можно ожидать, что проблемы производства СПИН будут решены, и начнется его полномасштабное внедрение в энергетику.

1. Киловатты про запас. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ng.ru/energy/2009-06-09/11_kilowatts.html/ (дата обращения: 19.05.2017).

2. Индуктивные и кинетические накопители энергии. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://poznayka.org/s29823t1.html/ (дата обращения: 15.05.2017).

3. Сверхпроводящие индуктивные накопители энергии (SMES, D-SMES). [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://wiki2.gridology.ш/wiki/Сверхпроводя щие_индуктивные_накопители_энергии_(SMES,_D-SMES)/ (дата обращения: 15.05.2017).

СУПЕРКОНДЕНСАТОРЫ Мифтахов К.Р.1, Орлов А.В.2

Мифтахов Камиль Рашитович - студент, направление: мехатроника и робототехника, кафедра автоматизации технологических процессов; 2Орлов Алексей Вениаминович - кандидат технических наук, доцент, кафедра естественно-научных и общепрофессиональных дисциплин,

Филиал федерального государственного бюджетного общеобразовательного учреждения

высшего образования Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Стерлитамак

Аннотация: в статье рассмотрено принципиально новое устройство для накопления заряда и энергии электрического поля; уделено внимание перспективам развития. Ключевые слова: аккумулятор, накопитель энергии, конденсатор, суперконденсатор.

Суперконденсатор (ионистор) — конденсатор с электролитом из органического или неорганического материала, роль обкладок в котором выполняет двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита [1].

При изготовлении электродов используют пористые материалы, например, вспененные материалы, а также активированный уголь. Стоит отметить, что подборка данных металлов происходит согласно с типом электролита. Суммарная площадь поверхности пористого материала превышает во много раз площадь подобного, обладающего гладкой поверхностью, что способствует хранению заряда в большем объеме. Однако в настоящее время суперконденсаторы обладают на порядок меньшей плотностью энергии, нежели аккумуляторы. Стоит также отметить, что на плотность мощности суперконденсатора напрямую влияет его внутреннее сопротивление. Благодаря последним разработкам, в новых моделях суперконденсаторов значительно уменьшилось внутреннее сопротивление, что позволило повысить их мощность.

Ввиду того, что технология создания суперконденсаторов не совершенна, их широкомасштабное производство не представляется возможным из-за довольно высокой стоимости. На данный момент удельная энергия аккумуляторов выше, чем у суперконденсаторов. Также стоит отметить, что скорость отдачи заряда суперконденсаторов значительно ниже, чем у обычных конденсаторов.

К преимуществам ионисторов относят большие максимальные токи зарядки и разрядки, а также простую конструкцию зарядного устройства. К одним из самых важных плюсов ионисторов стоит отнести чрезвычайно малую деградацию после многочисленных циклов заряда и разряда. Также ионисторы могут похвастаться довольно малой массой относительно других конденсаторов. Нельзя не отметить экологичность материалов, из которых изготавливаются суперконденсаторы.