Study on impact of HTS winding configuration on energy value and magnetic field distribution in SMES

• Autorzy: Kondratowicz-Kucewicz B.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0012.1258

Warianty tytułu

PL

Badania wpływu konfiguracji uzwojenia HTS na energię i rozkład pola magnetycznego nadprzewodnikowego zasobnika energii

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article describes a physical model of Superconducting Magnetic Energy Storage System (SMES) built in the Laboratory of Superconducting Technology in the Electrotechnical Institute. The considered problem concerns the choice of the superconducting winding configuration, which can be responsible for the required energy value in a limited space of the strong magnetic field. Possible configurations of the windings were analysed with particular focus on the solenoid and the toroidal configuration. The results of the calculations of the magnetic field distribution and the energy accumulated in the coil for the considered shield configuration have been described. It was shown that for the tested SMES model with energy of 34 kJ at temperature 13 K, it is possible to use such magnetic field shielding configuration, which allows to limit the magnetic field zone with an intensity exceeding the limit values and energy increase by 14%.

PL

Artykuł poświęcony jest nadprzewodnikowemu zasobnikowi energii na przykładzie modelu fizycznego zasobnika zbudowanego w Pracowni Technologii Nadprzewodnikowych Instytutu Elektrotechniki. Rozważany problem dotyczy wyboru konfiguracji uzwojenia nadprzewodnikowego, która może zapewnić wymaganą wartość energii zasobnika przy ograniczonej przestrzeni pola magnetycznego. Przeanalizowano konfiguracje uzwojeń w układzie solenoidalnym i toroidalnym. Zaproponowano metodę ekranowania pola magnetycznego badanego elektromagnesu za pomocą elementów ferromagnetycznych w kilku konfiguracjach. Przedstawiono rezultaty obliczeń metodą elementów skończonych rozkładu pola magnetycznego i gromadzonej energii w uzwojeniu dla rozpatrywanych konfiguracji ekranujących w modelu numerycznym zbudowanym w programie Flux-3D. Wykazano, że dla badanego modelu nadprzewodnikowego zasobnika o energii 34 kJ w temperaturze 13 K, możliwe jest zastosowanie konfiguracji elementów ekranujących pole magnetyczne, która pozwoli na ograniczenie strefy pola magnetycznego o natężeniu przekraczającym wartości dopuszczalne oraz zwiększenie energii zasobnika o 14%.

Słowa kluczowe

EN

SMES; magnetic shielding; magnetic field distribution

PL

nadprzewodnikowy zasobnik energii SMES; ekranowanie magnetyczne; rozkład pola magnetycznego

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2018
• Tom: Z. 278
• Strony: 73--90
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kondratowicz-Kucewicz B.

• Electrotechnical Institute, M. Pożaryskiego 28, 04-703 Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Gupta R., Sharma N. K., et.al.: Application of energy storage devices in power systems. International Journal of Engineering, Science and Technology, vol. 3, no. 1, pp. 289–297, 2011.
• 2. Ali M. H., Wu B., Dougal R. A.: An Overview of SMES Applications in Power and Energy Systems. IEEE Transactions on Sustainable Energy, vol. 1, no. 1, pp. 38–47, 2010.
• 3. Chahar M., Kumar M.: A Review of Designing Aspects of SMES an Ideal Energy Storage for Renewable Energy. International Advanced Research Journal in Science, vol. 2, no. 1, pp. 313–318, 2015.
• 4. Wilson M. N.: Superconducting Magnets, Oxford: Clarendon Press, 1983.
• 5. Tixador P.; SMES, European Summer School on Superconductivity, 2011.
• 6. Trillaud F., Cruz L. S.: Conceptual design of a 200-kJ 2G-HTS solenoidal μ-SMES. IEEE Transaction of Applied Superconductivity, vol. 24, 5700205, 2014.
• 7. Jeż R., Stępień M., Grzesik B.: Analiza pola magnetycznego w transformatorze toroidalnym HTS, Prace Naukowe Politechniki Śląskiej, seria: Elektryka, vol. 56, z. 214, str. 109–126, Gliwice 2010.
• 8. Janowski T., Kondratowicz-Kucewicz B., i inni.: Postępy w zastosowaniach nadprzewodników. Prace Naukowe Instytutu Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii Politechniki Wrocławskiej, vol. 37, seria: Konferencje, nr 12, str. 261–268, 2000.
• 9. Janowski T., Kozak S., Kondratowicz-Kucewicz B., i inni: Raport projektu badawczego MNiSzW NN510085533: Nadprzewodnikowe zasobniki energii do współpracy z siecią elektroenergetyczną i odnawialnymi źródłami energii, 2009.
• 10. Janowski T., Kondratowicz-Kucewicz B., i inni: Bi-2223 magnet for 25 kJ SMES. Prace Naukowe Instytutu Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii Politechniki Wrocławskiej vol. 46, nr 19, str. 258–261, 2007.
• 11. Kondratowicz-Kucewicz B., Janowski T., i inni.: Bi-2223 HTS winding in toroidal configuration for SMES coil. Journal of Physics: Conference Series 234, 032025, 2010.
• 12. Kondratowicz-Kucewicz B.: Opracowanie wyników analizy numerycznej pola magnetycznego w ekranowanym elektromagnesie HTS dla SMES’a pod kątem dopuszczalnych wartości pól elektromagnetycznych w środowisku. Dokumentacja techniczna IEL Nr 500/054300/015.
• 13. Kondratowicz-Kucewicz B.: Zastosowanie nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego. Zbadanie możliwości ekranowania pola magnetycznego i zwiększenia wartości gromadzonej energii w zasobniku nadprzewodnikowym. Dokumentacja techniczna IEL Nr 500/039800/013.
• 14. Karpowicz J., Bortkiewicz A., i inni: Pola i promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwości z zakresu 0 Hz–300 GHz. Podstawy i Metody Oceny Środowiska Pracy, nr 4 (58), str. 7–45, 2008.
• 15. Kraszewski W., Syrek P.: Magnetoterapia – zastosowanie pola magnetycznego w leczeniu oraz zagrożenia z nim związane. Prace Instytutu Elektrotechniki, vol. 57, z. 248, str. 213–228, 2010.
• 16. Kondratowicz-Kucewicz B.: The energy and the magnetic field in HTS superconducting magnetic energy storage model, International Conference ELMECO & AoS, IEEE Xplore, 2017, DOI: 10.1109/ELMECO.2017.8267757.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).