SMES

SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage) on periaatteessa kela, johon varastoidaan energiaa pahan päivän varalle. Yleensä SMESeillä pyritään tasaamaan nopeita pudotuksia jännitteessä, jotka aiheuttavat esim. tuotantolinjoilla pitkiä ja kalliita pysähdyksiä. Taulukossa:ssä vertaillaan SMESiä muihin energian varastointimuotoihin: sähköinen (kondesaattorit), hydraulinen (vesi pumpataan ylemmäs ylimääräisellä energialla) ja sähkökemiallinen (akku) varastointi. Kuten huomataan, SMES on erityisen sopiva tasoittamaan kuorman aiheuttamaa hälyä, toisaalta suprajohtavana, se vaatii jäähdytysjärjestelmän, joka lisää käyttökustannuksia.

Energian varastointimuotojen vertailu

Tyyppi	Energiatih.	suht. hinta	suht. saan-	rajoite
	(MJ/m)	(%)	tiaika (%)
C	1	1000-4000	< 0.1 - 1	Jännite
Vesi	1	1-10	100000	vapaa aika
SMES	4-40	100	0.1-1	$\mathrm{d}B/\mathrm{d}t$
Akku	200	1-10	100	$\eta_{cyc}$

$\eta_{cyc}$ on yhden latauskierroksen hyötysuhde.

Tyypillinen SMES-systeemi koostuu itse SMESistä, jäähdytyslaitteistosta, muunninsysteemistä (Power Conversion System, PCS) ja kontrollielektroniikasta. Ladattaessa laitetta vaihtovirralla, joudutaan käyttämään AC/DC-muunninta. Tyypillisiä sovelluksia SMESeille ovat:

SMESn sovellukset

Jännitteen tasaus
UPS
Verkon optimointi

SMESeissä käytetään kahdenlaisia keloja: solenoideja ja toroideja. Solenoidiin varastoituvan energian määrä pituusyksikköä kohden on noin kaksi kertaa niin suuri kuin toroidiin. Koska häviöt suprajohteessa ovat verrannolliset suprajohteen pituuteen, ovat häviöt solenoidilla pienemmät. Mutta jos solenoidi jäähdytetään nesteastiassa, toimivat astian teräsreunat ja solenoidi muuntajana, ja pyörrevirtojen aiheuttama lämpö pitää poistaa neste-heliumilla. Toroidigeometrian suurin ongelma on suuret Lorentz-voimat, jotka vaikuttavat keskustaan päin. Pyörrevirtojen takia hyviä johteita ei voi käyttää mekaanisissa rakenteissa, joten rakenteiden pitää olla esim. lasikuitua, joka tosin on haurasta kylmissä lämpötiloissa. Toroidin pääasiallinen etu on pieni ulkopuolella oleva kenttä samakapasiteettiseen solenoidiin verrattuna. Käytännössä isoissa laitteissa käytetään useampaa solenoidia, jotka on asennettu tähtimäiseen muotoon, siten yritetään saada hyödyt molemmista muodoista.