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Supraleitender magnetischer Energiespeicher (SMES)

Supraleitende magnetische Energiespeicher sind Stromspeicher mit sehr schnellem Zugriff bzw. die Zeit zwischen Ladung und Entladung ist minimal. Derartige Speicher sind Kurzzeitspeicher und für eine Langzeitspeicherung nicht geeignet. Dieses System eignet sich vor allem in den Stromversorgungsnetzen um einen unterbrechungsfreien Betrieb sicherzustellen, da hier häufig Störungen und Spannungseinbrüche, sogenannte Kurzunterbrechungen, mit einer Dauer von weniger als einer Sekunde auftreten.

Grundprinzip eines supraleitenden magnetischen Energiespeichers

Bei einem supraleitenden magnetischen Energiespeicher (siehe Abb. 30) wird der ankommende Strom, falls nötig, zunächst gleichgerichtet und durch eine Magnetspule geleitet. Im Inneren der Spule entsteht ein Magnetfeld, d.h. die Energie ist in Form eines elektromagnetischen Feldes gespeichert und kann jederzeit wieder über einen Wechselrichter umgewandelt und abgerufen werden. Die Verluste für die Ladung und Abgabe sind aufgrund der Supraleitung sehr gering. Für den Betrieb ist jedoch eine Kühlung der Spule auf tiefste Temperaturen notwendig, Helium bei 4,2 Kelvin (entspricht -277,2 °C), wodurch Energie verbraucht wird [nach 1, 2].

 

Abbildung 1, Schnitt durch ein SMES-System mit Heliumkondensation [1]

 

Energiedichte

Die Energiedichte ist mit 0,00003 kWh/kg relativ gering und vergleichbar mit der Energiedichte von normalen Kondensatoren (nicht Superkondensatoren).

Die Energie, die in einem SMES gespeichert werden kann, ist von der Induktivität, also unter anderem der Bauform (Anzahl der Windungen, Material, Selbstinduktion etc.) und der Stromstärke abhängig (siehe Formel 1).

 

Formel 1, Energie SMES

 

E:  Energie in Joule

L:  Induktivität in Henry

I:  Stromstärke in Ampere

 

Machbarkeit

Supraleitende Spulen sind Kurzzeitenergiespeicher und werden eingesetzt um Energie für wenige Sekunden bis hin zu wenigen Minuten zu speichern. Sie werden unter anderem für die unterbrechungsfreie Stromversorgung, Phasenkorrektur (Wechselstrom), für den Ausgleich von Leistungsspitzen, in der Elektronik und in der Hochspannungstechnik (Umspannwerk) eingesetzt. Supraleitende Spulen werden nicht für die Energiespeicherung über einen längeren Zeitraum verwendet.

Abbildung 2, Mögliche  Einbindung einer supraleitenden Spule in das Stromnetz

Ökonomie und Invest

Supraleitende Spulen sind Kurzzeitspeicher und in der Verwendung für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung und auch zur Stabilisierung des Stromnetzes durchaus ökonomisch. Die Investitionskosten für ein solches System sind mit etwa 100.000 €/kWh vergleichsweise hoch  (verglichen mit Kondensatoren).

Marktsituation

Die Forschungsaktivitäten beschränken sich nahezu ausschließlich auf Japan. In Europa und Amerika wurde in den 1990er Jahren Entwicklungsarbeit geleistet. Über käufliche Anlagen sind keine Informationen verfügbar, es dürfte jedoch nicht problematisch sein, eine derartige Anlage zu planen. Es gibt Referenzen in Form von bestehenden USV-Anlagen. 

Ökologie

Supraleitende Spulen sind ökologisch unbedenklich.

Anlagenbeispiele

Tabelle 1, Anlagenbeispiele für supraleitende magnetische Energiespeicher [nach 3]

 

Verbesserungspotential

Diese Energiespeichertechnologie befindet sich derzeit im Entwicklungsstadium. Es existieren zwar Referenzen in Form von bestehenden Anlagen, Verbesserungs- und Forschungspotential ist in allen Bereichen jedoch erheblich vorhanden.

 

Quellenangaben:

[1]          http://www.iwes.fraunhofer.de/de/publikationen0/tagesbaender–/_jcr_content/stage/linklistPar

/download_3/file.res/tagungsband_kss2002.pdf

                (abgerufen am 19.04.2012, 12:00 Uhr)

[2]          http://bmwi.de/BMWi/Redaktion/PDF/Publikationen/Studien/speichertechniken-elektroenergie.pdf

                (abgerufen am 19.04.2012, 12:00 Uhr)

[3]          http://www.physik.uni-jena.de/~tief/Lehre/SL%20Mat/SLMat__Vorlesung%2010.pdf

                (abgerufen am 19.04.2012, 12:00 Uhr)

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