Rubrica: Sistemi di accumulo dell’energia
Titolo o argomento: Il sistema SMES “Superconducting Magnetic Energy Storage systems”
Nei grandi impianti industriali la disponibilità di più di una linea di alimentazione di energia elettrica, proveniente dalla rete pubblica, può non essere sufficiente per garantire la continuità di servizio in seguito a buchi di tensione e microinterruzioni dell’alimentazione provocate da anomalie, o eventi atmosferici, sulle linee di trasmissione. Per “buchi di tensione” si intendono abbassamenti di tensione superiori anche al 50% rispetto al valore nominale, mentre con il termine “microinterruzioni” si intendono degli arresti, generalmente di durata inferiore al secondo di tempo, in cui l’abbassamento di tensione è totale, ovvero del 100% rispetto al valore nominale.
I sistemi ad accumulazione magnetica dell’energia elettrica basati sull’utilizzo di materiali superconduttori* (noti come Superconducting Magnetic Energy Storage systems o SMES) immagazzinano l’energia elettrica in un elettromagnete, ovvero in bobine avvolte su un nucleo magnetico che sono costituite da filo conduttore realizzato con Niobio e Titanio. L’elettromagnete è tenuto a temperatura criogenica** all’interno di un contenitore isolato termicamente al fine di mantenere uno stato di superconduzione. Il contenitore è un sofisticato criostato d’acciaio inossidabile, isolato termicamente e tenuto sotto vuoto, il quale contiene elio liquido ad una temperatura prossima allo zero assoluto (circa 4,2 Kelvin). Le perdite sono estremamente contenute e si stima che l’ingresso di calore nel sistema sia pari ad un solo Watt. Ciò permette di adottare un normale refrigeratore al fine di ricondensare la parte di elio che diventa gassosa. Un alimentatore a corrente continua inizialmente si occupa di caricare la bobina a superconduttori, successivamente opera un mantenimento della carica stessa al fine di compensare le normali perdite resistive, seppur minime, che si generano nella parte di circuito che si trova a temperatura più alta. Ciò permette di mantenere valori massimi di carica. Si tratta di sistemi in grado di alimentare instantaneamente un impianto tamponando buchi di tensione o microinterruzioni laddove è fondamentale la protezione degli impianti (o di sezioni di essi) atti ad alimentare carichi sensibili alla qualità dell’alimentazione stessa.
La tensione alternata, proveniente dalla rete, viene raddrizzata (trasformata cioè in corrente continua) e indirizzata verso la bobina tenuta in stato superconduttivo al fine di non opporre resistenza alcuna (resistenza ohmica) al passaggio della corrente ed evitando così perdite di energia sotto forma di calore (perdite termiche). Al raggiungimento della carica ottimale (grazie ad una corrente di alcune migliaia di ampere) la bobina viene cortocircuitata da un semiconduttore (mantenuto anch’esso a temperatura criogenica) e la corrente circola continuamente a mo’ di “volano elettrico”. Grazie alla temperatura criogenica il nucleo acquisisce un’elevata permeabilità permettendo l’accumulo di grandi quantità di energia, immediatamente disponibile e scaricabile, in uno spazio contenuto. Al momento opportuno l’energia stoccata sotto forma di corrente continua viene trasformata, mediante appositi inverter e dispositivi di controllo a commutazione, in corrente alternata da inviare dove richiesto per compensare buchi di tensione o microinterruzioni. Da notare che l’attivazione del “gruppo soccorritore” avviene 3,8 ms dopo il rilevamento di un abbassamento di tensione e, dopo altri 3 ms, la corrente in uscita dall’inverter raggiunge il valore richiesto.
Vantaggi
Possibilità di immagazzinare energia in un campo magnetico sotto forma di corrente elettrica.
Rapido accesso all’energia con impercettibili tempi di risposta (20 ms).
Possibilità di erogare instantaneamente più di 3MW di potenza per ogni singolo sistema accumulatore.
Elevata sicurezza: autospegnimento in caso di problemi imprevisti.
Rispetto dell’ambiente: sistemi criogenici ambientalmente sicuri, assenza di prodotti chimici pericolosi.
Assenza di usura e manutenzione: non ci sono parti mobili associate all’accumulatore di energia.
Vita utile: funzionalità e durata non sono influenzate dal numero di cicli né dalla profondità di scarica.
*Materiali superconduttori: materiali che assumono resistenza nulla al passaggio di corrente elettrica al di sotto di una certa temperatura.
**Criogenia: branca della fisica che si occupa dello studio, della produzione e dell’utilizzo di temperature molto basse.
Fonti:
American Superconductor
ClimateTechWiki
Power technology
