МОСКВА, 21 февраля. /ТАСС/. Ученые Национального исследовательского ядерного университета МИФИ до конца 2023 года планируют построить кинетический накопитель энергии и завершить разработку конструкции и расчет характеристик еще одного инновационного накопителя - индукционного. Как рассказали ТАСС во вторник в МИФИ, оба типа накопителей основаны на свойствах современных высокотемпературных сверхпроводников и в перспективе могут совершить революцию в энергетике.
"В настоящее время работы идут над конструкцией так называемого кинетического накопителя энергии. Планируется, что в течение 2023 года будет создан рабочий прототип этого устройства", - рассказали в МИФИ.
Кинетический накопитель будет представлять собой подшипник из современных сверхпроводящих композитных материалов, парящий в магнитном поле за счет эффекта магнитной левитации. Таким образом, этот подшипник не будет касаться неподвижных частей устройства. В идеале он должен парить в вакууме, чтобы исключить также трение о воздух. Если такой подшипник раскрутить, то он будет вращаться в пустоте месяцами, почти без потерь сохраняя переданную ему энергию, рассказали в МИФИ. В случае необходимости эту энергию можно будет с него "снять", например, подключив к подшипнику магнитную муфту и генератор.
Если обмотку из сверхпроводящего материала запитать электрическим током, а затем замкнуть саму на себя, то произойдет не короткое замыкание, как это было бы в обычной электрической цепи, а электрический ток начнет течь в замкнутой цепи по кругу. В условиях сверхпроводимости величина тока практически не будет меняться и запасенная энергия будет оставаться неизменной в течение недель, а может, и месяцев, в зависимости от степени оптимизации внутренних потерь, уверены авторы разработки. Энергию из такого накопителя можно частично или полностью "снимать" в случае необходимости и передавать на полезную нагрузку. В 2023 году в МИФИ планируют разработать конструкцию индукционного накопителя "на бумаге" и рассчитать его технические характеристики.
Главное преимущество накопителей на сверхпроводниках, отмечают ученые, - в их емкости: отношение плотности энергии к массе у них должно в разы превосходить обычные аккумуляторы. Также немаловажным является возможность частичного "снятия" энергии и их подзарядки в процессе работы. Так как композиты, используемые в этих накопителя, проявляют свои сверхпроводящие свойства только при очень низких температурах, работать они могут только при температуре не выше 77 градусов по Кельвину, то есть немногим более минус 200 градусов по Цельсию. Это соответствует точке кипения жидкого азота, и именно с помощью него и собираются поддерживать внутри накопителя низкую температуру. Как пояснил профессор Института лазерных и плазменных технологий МИФИ и ведущий научный сотрудник лаборатории "Сверхпроводящие энергетические системы" Игорь Руднев, жидкий азот достаточно дешев, а современные системы теплоизоляции позволят добавлять азот в накопители не чаще, чем раз месяц.
О перспективах нового типа накопителей
По мнению Руднева, данные накопители могут найти применение в "зеленой" энергетике и промышленности. Например, они могут использоваться для увеличения равномерности генерации энергии на солнечных и ветровых электростанциях: когда ветер или солнце есть, накопитель будет подзаряжаться, когда же природные факторы дадут сбой, накопитель начинет отдавать энергию в сеть. Также, они могут использоваться в качестве резервных источников питания на промышленных предприятиях, на которых большое значение имеет непрерывность производства.
В перспективе в МИФИ планируют создать с использованием сверхпроводников прототипы не только накопителей, но устройств всех фаз генерации, производства, передачи и хранения электроэнергии: добавить к накопителю и генератор, ветровой или солнечный, на сверхпроводниках, и сверхпроводящий кабель. Таким образом, в ближайшие годы можно будет увидеть прототип электроэнергетики будущего - сверхпроводниковый энергетический кластер МИФИ, заверили в университете.
Разработка накопителей энергии на сверхпроводниках поддержана программой "Приоритет 2030" в рамках подпроекта "Новые способы накопления и транспортировки энергии: сверхпроводниковый энергетический кластер" стратегического проекта "Ядерные энерготехнологии нового поколения и экстремальные состояния вещества".