সুপারকন্ডাক্টিং ম্যাগনেটিক এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেম (SMES)

শক্তি সঞ্চয়স্থান এমন একটি প্রক্রিয়া যা ডিভাইস বা শারীরিক মিডিয়ার সাথে সঞ্চালিত হয় যা শক্তি সঞ্চয় করে যাতে তারা পরে দক্ষতার সাথে এটি ব্যবহার করতে পারে।

শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থা যান্ত্রিক, বৈদ্যুতিক, রাসায়নিক এবং তাপীয় মধ্যে বিভক্ত করা যেতে পারে। আধুনিক শক্তি সঞ্চয়ের প্রযুক্তিগুলির মধ্যে একটি হল SMES সিস্টেম - সুপারকন্ডাক্টিং ম্যাগনেটিক এনার্জি স্টোরেজ (সুপারকন্ডাক্টিং ম্যাগনেটিক এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেম)।

সুপারকন্ডাক্টিং ম্যাগনেটিক এনার্জি স্টোরেজ (এসএমইএস) সিস্টেমগুলি একটি সুপারকন্ডাক্টিং কয়েলে প্রত্যক্ষ কারেন্ট প্রবাহ দ্বারা সৃষ্ট একটি চৌম্বক ক্ষেত্রে শক্তি সঞ্চয় করে যা ক্রায়োজেনিকভাবে তার সমালোচনামূলক সুপারকন্ডাক্টিং তাপমাত্রার নিচের তাপমাত্রায় শীতল করা হয়। যখন সুপারকন্ডাক্টিং কয়েল চার্জ করা হয়, কারেন্ট কমে না এবং চৌম্বক শক্তি অনির্দিষ্টকালের জন্য সংরক্ষণ করা যেতে পারে। কয়েল ডিসচার্জ করে সঞ্চিত শক্তি গ্রিডে ফেরত দেওয়া যায়।

সুপারকন্ডাক্টিং ম্যাগনেটিক এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেম প্রত্যক্ষ কারেন্টের প্রবাহ দ্বারা উত্পন্ন একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের উপর ভিত্তি করে একটি সুপারকন্ডাক্টিং কয়েলে.

সুপারকন্ডাক্টিং কয়েল ক্রমাগত ক্রায়োজেনিকভাবে ঠান্ডা হয়, ফলে এটি ক্রমাগত ক্রিটিক্যাল তাপমাত্রার নিচে থাকে, যেমন সুপারকন্ডাক্টর… কয়েল ছাড়াও, SMES সিস্টেমে একটি ক্রায়োজেনিক রেফ্রিজারেটরের পাশাপাশি একটি শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থাও রয়েছে৷

উপসংহারটি হল যে একটি সুপারকন্ডাক্টিং অবস্থায় একটি চার্জযুক্ত কয়েল নিজেই একটি অবিচ্ছিন্ন কারেন্টকে টিকিয়ে রাখতে সক্ষম, যাতে একটি প্রদত্ত কারেন্টের চৌম্বক ক্ষেত্র এটিতে সঞ্চিত শক্তিকে অসীম দীর্ঘ সময়ের জন্য সঞ্চয় করতে পারে।

সুপারকন্ডাক্টিং কয়েলে সঞ্চিত শক্তি, প্রয়োজনে, এই জাতীয় কয়েলের নিষ্কাশনের সময় নেটওয়ার্কে সরবরাহ করা যেতে পারে। ডিসি পাওয়ারকে এসি পাওয়ারে রূপান্তর করতে, ইনভার্টার, এবং নেটওয়ার্ক থেকে কয়েল চার্জ করার জন্য — রেকটিফায়ার বা AC-DC রূপান্তরকারী।

এক দিক বা অন্য দিকে শক্তির অত্যন্ত দক্ষ রূপান্তরের সময়, এসএমই-তে ক্ষতি সর্বাধিক 3% প্রতিনিধিত্ব করে, তবে এখানে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হল এই পদ্ধতিতে শক্তি সঞ্চয় করার প্রক্রিয়াতে, ক্ষতিগুলি সর্বনিম্ন অন্তর্নিহিত। শক্তি সঞ্চয় এবং সঞ্চয়স্থানের জন্য বর্তমানে পরিচিত পদ্ধতিগুলির যেকোনো একটি। SME-এর সামগ্রিক ন্যূনতম দক্ষতা 95%।

সুপারকন্ডাক্টিং উপকরণের উচ্চ মূল্যের কারণে এবং শীতল করার জন্যও শক্তির খরচ প্রয়োজন এই বিষয়টিকে বিবেচনায় নিয়ে, এসএমইএস সিস্টেমগুলি বর্তমানে শুধুমাত্র সেখানেই ব্যবহৃত হয় যেখানে অল্প সময়ের জন্য শক্তি সঞ্চয় করা প্রয়োজন এবং একই সাথে বিদ্যুৎ সরবরাহের গুণমান উন্নত করা হয়। . অর্থাৎ, তারা ঐতিহ্যগতভাবে শুধুমাত্র জরুরী প্রয়োজনের ক্ষেত্রে ব্যবহার করা হয়।

এসএমই সিস্টেম নিম্নলিখিত উপাদানগুলি নিয়ে গঠিত:

• অতিপরিবাহী কয়েল,
• ক্রিওস্ট্যাট এবং ভ্যাকুয়াম সিস্টেম,
• শীতলকরণ ব্যবস্থা,
• শক্তি রূপান্তর সিস্টেম,
• কন্ট্রোল ডিভাইস.

এসএমই সিস্টেমের প্রধান সুবিধাগুলি সুস্পষ্ট। প্রথমত, এটি একটি অত্যন্ত সংক্ষিপ্ত সময় যার মধ্যে সুপারকন্ডাক্টিং কয়েল তার চৌম্বক ক্ষেত্রে সঞ্চিত শক্তি গ্রহণ করতে বা ছেড়ে দিতে সক্ষম হয়। এইভাবে, কেবলমাত্র বিশাল তাৎক্ষণিক নিঃসরণ শক্তি অর্জন করা সম্ভব নয়, ন্যূনতম সময় বিলম্বের সাথে সুপারকন্ডাক্টিং কয়েলটি রিচার্জ করাও সম্ভব।

আমরা যদি এসএমইকে কম্প্রেসড এয়ার স্টোরেজ সিস্টেমের সাথে, ফ্লাই হুইল এবং হাইড্রোলিক অ্যাকুমুলেটরগুলির সাথে তুলনা করি, তাহলে পরবর্তীটি বিদ্যুতের যান্ত্রিক রূপান্তরের সময় একটি বিশাল বিলম্ব দ্বারা চিহ্নিত করা হয় এবং এর বিপরীতে (দেখুন — Flywheel শক্তি সঞ্চয়স্থান).

চলন্ত অংশের অনুপস্থিতি SMES সিস্টেমের আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ সুবিধা, যা তাদের নির্ভরযোগ্যতা বাড়ায়। এবং, অবশ্যই, একটি সুপারকন্ডাক্টরে সক্রিয় প্রতিরোধের অনুপস্থিতির কারণে, এখানে স্টোরেজ লস ন্যূনতম। SMES এর নির্দিষ্ট শক্তি সাধারণত 1 থেকে 10 Wh/kg হয়।

1 MWh SMES যেখানে প্রয়োজন সেখানে বিদ্যুতের গুণমান উন্নত করতে বিশ্বব্যাপী ব্যবহার করা হয়, যেমন মাইক্রোইলেক্ট্রনিক্স কারখানায় সর্বোচ্চ মানের শক্তি প্রয়োজন।

এছাড়াও, এসএমইগুলি ইউটিলিটিগুলিতেও কার্যকর। সুতরাং, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের একটি রাজ্যে একটি কাগজের কারখানা রয়েছে, যা তার অপারেশন চলাকালীন পাওয়ার লাইনগুলিতে শক্তিশালী ঢেউয়ের কারণ হতে পারে। আজ, কারখানার পাওয়ার লাইনটি SMES মডিউলগুলির একটি সম্পূর্ণ চেইন দিয়ে সজ্জিত যা পাওয়ার গ্রিডের স্থিতিশীলতার গ্যারান্টি দেয়। 20 MWh ক্ষমতার একটি SMES মডিউল টেকসইভাবে দুই ঘন্টার জন্য 10 মেগাওয়াট বা আধা ঘন্টার জন্য সমস্ত 40 মেগাওয়াট সরবরাহ করতে পারে।

একটি সুপারকন্ডাক্টিং কয়েল দ্বারা সঞ্চিত শক্তির পরিমাণ নিম্নলিখিত সূত্র ব্যবহার করে গণনা করা যেতে পারে (যেখানে L হল ইন্ডাকট্যান্স, E হল শক্তি, I হল বর্তমান):

সুপারকন্ডাক্টিং কয়েলের স্ট্রাকচারাল কনফিগারেশনের দৃষ্টিকোণ থেকে, এটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ যে এটি বিকৃতি প্রতিরোধী, এতে তাপীয় প্রসারণ এবং সংকোচনের ন্যূনতম সূচক রয়েছে এবং লরেন্টজ ফোর্সের প্রতি কম সংবেদনশীলতা রয়েছে, যা অনিবার্যভাবে উদ্ভূত হয় ইনস্টলেশন অপারেশন (ইলেক্ট্রোডায়নামিক্সের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ আইন) বৈশিষ্ট্যগুলি এবং ইনস্টলেশনের নির্মাণ সামগ্রীর পরিমাণ গণনা করার পর্যায়ে উইন্ডিংয়ের ধ্বংস রোধ করার জন্য এই সমস্ত গুরুত্বপূর্ণ।

ছোট সিস্টেমের জন্য, সামগ্রিক স্ট্রেন রেট 0.3% গ্রহণযোগ্য বলে বিবেচিত হয়। এছাড়াও, কয়েলের টরয়েডাল জ্যামিতি বাহ্যিক চৌম্বকীয় শক্তি হ্রাসে অবদান রাখে, যা সমর্থনকারী কাঠামোর ব্যয় হ্রাস করা সম্ভব করে এবং ইনস্টলেশনটিকে লোড অবজেক্টের কাছাকাছি স্থাপন করার অনুমতি দেয়।

যদি এসএমইএস ইনস্টলেশনটি ছোট হয়, তবে একটি সোলেনয়েড কয়েলও উপযুক্ত হতে পারে, যার জন্য টরয়েডের বিপরীতে একটি বিশেষ সমর্থন কাঠামোর প্রয়োজন হয় না। যাইহোক, এটি লক্ষ করা উচিত যে টরয়েডাল কয়েলের প্রেস হুপ এবং ডিস্ক প্রয়োজন, বিশেষত যখন এটি একটি বরং শক্তি-নিবিড় কাঠামোর ক্ষেত্রে আসে।

উপরে উল্লিখিত হিসাবে, একটি শীতল সুপারকন্ডাক্টর রেফ্রিজারেটরের কাজ করার জন্য ক্রমাগত শক্তির প্রয়োজন হয়, যা অবশ্যই SMES-এর সামগ্রিক দক্ষতা হ্রাস করে।

সুতরাং, ইনস্টলেশন ডিজাইন করার সময় যে তাপীয় লোডগুলি অবশ্যই বিবেচনায় নেওয়া উচিত তার মধ্যে রয়েছে: সমর্থনকারী কাঠামোর তাপ পরিবাহিতা, উত্তপ্ত পৃষ্ঠের দিক থেকে তাপীয় বিকিরণ, তারের জুলের ক্ষতি যার মাধ্যমে চার্জিং এবং ডিসচার্জিং স্রোত প্রবাহিত হয়, সেইসাথে ক্ষতিগুলি কাজ করার সময় ফ্রিজে।

তবে যদিও এই ক্ষতিগুলি সাধারণত ইনস্টলেশনের নামমাত্র শক্তির সমানুপাতিক হয়, তবে এসএমইএস সিস্টেমের সুবিধা হল যে শক্তির ক্ষমতা 100 গুণ বৃদ্ধির সাথে, শীতল করার খরচ মাত্র 20 গুণ বৃদ্ধি পায়। উপরন্তু, উচ্চ-তাপমাত্রা সুপারকন্ডাক্টরগুলির জন্য, কম-তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টরগুলি ব্যবহার করার চেয়ে শীতল সঞ্চয় বেশি হয়।

দেখা যাচ্ছে যে একটি উচ্চ-তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টরের উপর ভিত্তি করে একটি সুপারকন্ডাক্টিং এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেম শীতল করার জন্য কম চাহিদা এবং তাই কম খরচ করা উচিত।

বাস্তবে, তবে, এটি এমন নয়, কারণ ইনস্টলেশন অবকাঠামোর মোট খরচ সাধারণত সুপারকন্ডাক্টরের খরচকে ছাড়িয়ে যায় এবং উচ্চ-তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টরগুলির কয়েলগুলি নিম্ন-তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টরের কয়েলের চেয়ে 4 গুণ বেশি ব্যয়বহুল। .

উপরন্তু, উচ্চ-তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টরগুলির জন্য সীমিত বর্তমান ঘনত্ব নিম্ন-তাপমাত্রারগুলির তুলনায় কম, এটি 5 থেকে 10 T এর পরিসরে অপারেটিং চৌম্বক ক্ষেত্রের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য।

তাই একই ইন্ডাকট্যান্স সহ ব্যাটারি পেতে, আরও উচ্চ-তাপমাত্রা সুপারকন্ডাক্টিং তারের প্রয়োজন। এবং যদি ইনস্টলেশনের শক্তি খরচ প্রায় 200 MWh হয়, তবে নিম্ন-তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টর (কন্ডাক্টর) দশগুণ বেশি ব্যয়বহুল হয়ে উঠবে।

উপরন্তু, মূল খরচের কারণগুলির মধ্যে একটি হল: রেফ্রিজারেটরের খরচ যে কোনও ক্ষেত্রেই এত কম যে উচ্চ-তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টরগুলি ব্যবহার করে শীতল শক্তি হ্রাস করা খুব কম শতাংশ সাশ্রয় করে।

পিক অপারেটিং ম্যাগনেটিক ফিল্ড বাড়িয়ে আয়তন কমানো এবং SMES-এ সঞ্চিত শক্তির ঘনত্ব বাড়ানো সম্ভব, যা তারের দৈর্ঘ্য হ্রাস এবং সামগ্রিক খরচ হ্রাস উভয়ই ঘটাবে। সর্বোত্তম মান প্রায় 7 T এর একটি শীর্ষ চৌম্বক ক্ষেত্র হিসাবে বিবেচিত হয়।

অবশ্যই, যদি ক্ষেত্রটি সর্বোত্তম সীমার বাইরে বাড়ানো হয়, তবে খরচের ন্যূনতম বৃদ্ধির সাথে ভলিউম আরও হ্রাস করা সম্ভব। কিন্তু ফিল্ড ইনডাকশন সীমা সাধারণত শারীরিকভাবে সীমিত হয়, ক্ষতিপূরণকারী সিলিন্ডারের জন্য জায়গা রেখে যাওয়ার সময় টরয়েডের অভ্যন্তরীণ অংশগুলিকে একসাথে আনার অসম্ভবতার কারণে।

এসএমই-এর জন্য সাশ্রয়ী এবং দক্ষ ইনস্টলেশন তৈরিতে সুপারকন্ডাক্টিং উপাদান একটি মূল সমস্যা হিসাবে রয়ে গেছে। ডেভেলপারদের প্রচেষ্টার লক্ষ্য হল সমালোচনামূলক বর্তমান এবং সুপারকন্ডাক্টিং উপকরণগুলির বিকৃতির পরিসীমা বৃদ্ধির পাশাপাশি তাদের উৎপাদন খরচ কমানো।

এসএমই সিস্টেমের ব্যাপক প্রবর্তনের পথে প্রযুক্তিগত অসুবিধাগুলির সংক্ষিপ্তসারে, নিম্নলিখিতগুলি স্পষ্টভাবে আলাদা করা যেতে পারে। কয়েলে উত্পন্ন উল্লেখযোগ্য লরেন্টজ বল সহ্য করতে সক্ষম একটি কঠিন যান্ত্রিক সমর্থনের প্রয়োজন।

একটি বড় অংশের জমির প্রয়োজন, যেহেতু একটি এসএমই ইনস্টলেশন, উদাহরণস্বরূপ 5 GWh ক্ষমতা সহ, প্রায় 600 মিটার দৈর্ঘ্যের একটি সুপারকন্ডাক্টিং সার্কিট (বৃত্তাকার বা আয়তক্ষেত্রাকার) ধারণ করবে। এছাড়াও, সুপারকন্ডাক্টরের চারপাশে থাকা তরল নাইট্রোজেনের ভ্যাকুয়াম ধারক (600 মিটার দীর্ঘ) অবশ্যই ভূগর্ভে অবস্থিত হতে হবে এবং নির্ভরযোগ্য সমর্থন প্রদান করতে হবে।

পরবর্তী বাধা হল অতিপরিবাহী উচ্চ-তাপমাত্রার সিরামিকের ভঙ্গুরতা, যা উচ্চ স্রোতের জন্য তারের আঁকা কঠিন করে তোলে।গুরুত্বপূর্ণ চৌম্বক ক্ষেত্র যা সুপারকন্ডাক্টিভিটি ধ্বংস করে তাও SMES এর নির্দিষ্ট শক্তির তীব্রতা বাড়ানোর জন্য একটি বাধা। একই কারণে NS-এর একটি জটিল বর্তমান সমস্যা রয়েছে।