Magnetyczne zasobniki nadprzewodnikowe

Podstawą działania magnetycznych zasobników nadprzewodnikowych SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage) jest gromadzenie energii w polu magnetycznym cewki indukcyjnej wykonanej z materiału nadprzewodzącego. Dzięki pracy w niskich temperaturach (do 20 oK) straty w uzwojeniu są pomijalne, stąd można stosować bardzo duże wartości prądu. Aktualne badania dotyczą możliwości stosowania nadprzewodników „wysokotemperaturowych”, (do 70 oK), oraz optymalizacji geometrii uzwojeń (toroidy, solenoidy). Takie rozwiązania ze względu na koszty stosuje się rzadko i głównie w systemach elektroenergetycznych. Opracowany został zasobnik o mocy 30 MW gromadzący energię 1,8 GWs (średnica uzwojenia 7 m) ale w produkcji seryjnej są również tzw. Micro-SMES, które w wykonaniu kontenerowym (SMES-5) umożliwiają zgromadzenie 5 MWs przy prądzie w indukcyjności rzędu 500kA) i są przeznaczone dla lokalnych odbiorców energii.

Ogniwa paliwowe

Ogniwo wodorowo-tlenowe jest elektrochemicznym urządzeniem umożliwiającym bezpośrednie wykorzystanie nierównowagi chemicznej tlenu i wodoru do wytwarzania energii elektrycznej. Jedynymi produktami ubocznymi podczas pracy ogniwa są woda i pewna ilość ciepła, czyniąc go przyjaznym dla człowieka i środowiska naturalnego. Głównymi elementami ogniwa są elektrody, warstwy katalizatora oraz elektrolit. Substratami doprowadzonymi do ogniwa są przeważnie wodór i tlen, przy czym tlen może być doprowadzany w postaci czystej lub wraz z powietrzem. Procesom elektrochemicznym towarzyszy przepływ elektronów przez obwód zewnętrzny, zasilający zewnętrzne urządzenie elektryczne. Przenoszenie jonów w obwodzie wewnętrznym (elektrolicie) umożliwia zrównoważenie przepływu ładunków ujemnych między elektrodami.

Zobacz również:

• iPhone 15 z baterią odporniejszą na zużycie

Obecnie seryjnie produkowane ogniwa paliwowe posiadają trwałość wynoszącą około 1500 h pracy. Rzeczywista trwałość jest jednak trudna do oszacowania, gdyż ogniwa paliwowe wymagają idealnie czystego paliwa (bowiem nawet najdrobniejsze zanieczyszczenie wodoru np. tlenkiem węgla może spowodować trwałe uszkodzenie ogniwa). Dużym problem są także wysokie koszty wodoru, który jest skraplany w bardzo niskiej temperaturze, chodź istnieje możliwość wykorzystania jako paliwa o wiele tańszych związków chemicznych bogatych w wodór, jak metan czy metanol. Jednak ich zastosowanie powoduje znaczące obniżenie sprawności ogniwa, gdyż w przypadku zastosowania gazowego wodoru można uzyskać wysoką efektywność energetyczną ok. 80%, o tyle w przypadku metanolu lub metanu, z którego trzeba najpierw pozyskać wodór, efektywność ta spada dwukrotnie.

Podsumowanie

Wydaje się, iż dominacja akumulatorów litowych w najbliższej przyszłości jest niezagrożona (przynajmniej w segmencie urządzeń mobilnych). Mimo iż pojawiają się zapowiedzi nowych technologii zasilających, to jednak w tym momencie nie widać rozwiązań, które mogłyby wyprzeć popularne „li-jony”. Niemniej jednak akumulatory tego typu wymagają dość rygorystycznego przestrzegania zasad eksploatacji, gdyż zarówno ich przeładowanie, jak też nadmierne rozładowanie może być przyczyną uszkodzenia. W praktyce udaje się uniknąć tych problemów, gdyż moduły bateryjne wzbogaca się w specjalistyczne zabezpieczenia elektroniczne. W celu uzyskania prognozowanej żywotności baterii należy dokonywać jej okresowych rozładowań, gdyż tryb pracy ładowania (tzw. buforowego), który trwa nieprzerwanie po naładowaniu (trwającym zwykle nie więcej niż ok. 10 h) wpływa niekorzystnie na ich pojemność elektryczną oraz żywotność.

Zastosowanie w zasilaczach UPS ultrakondesatorów znacząco skraca czas ładowania (do ok. 5 min) co pozwala na szybkie odzyskanie stanu gotowości po ich wyładowaniu a także pozwala na uzyskanie żywotności na poziomie około 500 000 cykli ładowania. Osiągane przez nie parametry dobrze rokują na przyszłość w zastosowaniach ich jako zasobniki w systemach zasilania gwarantowanego jak i systemach mobilnych. Prosta budowa, niezawodne działanie i korzystne charakterystyki przesądzają o ich przydatności nawet w najbardziej wymagających i krytycznych aplikacjach, niestety niewielka pojemność oraz cena stanowią jeszcze barierę przed powszechniejszym stosowaniem.