Managementul energiei la autovehiculele moderne

1. Introducere

Lipsa de energie din lume devine o provocare mai mare și mai mare. Aproape 8% din energia electrică totală este disipată în timpul procesului de transport [1]. Economisirea energiei electrice și, implicit, a energiei, precum și reducerea emisiilor de carbon reprezintă priorități-cheie pentru viitor. Introducerea electricității către public a început cu peste un secol în urmă și de atunci aparatele și sistemele electrice au fost utilizate pe scară largă. Cu toate acestea, din cauza deteriorării și îmbătrânirii dispozitivelor electrice în sistemele existente, generarea și transportul de energie curată devine o provocare.

Deoarece supraconductorii nu au rezistență sub o anumită temperatură și prin urmare pot economisi o cantitate mare de energie disipată în comparație cu materialele convenționale, ele devin motorul care permite îmbunătățirea capacității, eficacității și fiabilității viitorului sistem electric. Acestea au potențialul de a aduce o schimbare mai fundamentală a tehnologiilor de energie electrică decât au avut loc de la începutul sistemelor energetice.

Aplicarea supraconductoarelor în dispozitive electrice poate fi împărțită în două categorii. Primul grup va înlocui cuprul cu supraconductori în dispozitivele electrice convenționale, cum ar fi cablul supraconductor, transformatoarele superconductoare și mașinile supraconductoare; cel de-al doilea grup constă din două dispozitive emergente care nu au omologii în dispozitivele electrice convenționale și au fost activate de supraconductori: sistemele de stocare a energiei magnetice superconductoare (SMES) și limitatoarele de curenți de defectare superconductoare (SFCL).

Comparativ cu dispozitivele electrice convenționale, cel mai important avantaj al dispozitivelor supraconductoare este cantitatea semnificativă de energie economisită. În plus, pot reduce dimensiunile dispozitivului și sunt mai verzi și mai sigure. De exemplu, cablurile superconductoare acționează ca "superhighway-uri energetice" cu o capacitate mai mare, eliminând în același timp pierderile rezistive. Astfel, sistemul de transmisie și distribuție superconductoare ar permite o creștere a consumului de energie electrică pentru a ajunge la consumatori fără a crește combustibili fosili, emisii de CO2, utilizând echipamente de dimensiuni mai mici.

Se estimează că 40% din pierderile totale de energie ale rețelei din SUA provin de la transformatoarele convenționale care se îmbătrânesc și că utilizarea transformatoarelor supraconductoare ar putea reduce pierderile de energie pe rețea cu o treime echivalentă cu eliminarea a aproximativ 15 milioane de tone de CO2 anual [2]. În plus, ele sunt răcite cu azot lichid, spre deosebire de lichidele de răcire fl uabile și toxice utilizate în transformatoarele convenționale. Mașinile superconductoare sunt mai compacte și mai eficiente decât cele convenționale, deoarece supraconductorii pot purta un curent mare sau pot produce o zonă magnetică mare, cu o dimensiune mică a dispozitivului.

Un SFCL este capabil să protejeze echipamentele electrice din rețea împotriva deteriorării și astfel să reducă costurile pentru utilități. Sistemele SMES sunt dispozitive eficiente de stocare a energiei electrice mari. Bobina superconductoare într-un dispozitiv SMES are o cale de curent aproape fără pierderi și este foarte compactă. În comparație cu alte sisteme echivalente de stocare a energiei, sistemele SMES au următoarele avantaje:

- Mai ecologice, deoarece nu au materiale chimice toxice

- O eficiență ciclică mai mare, deoarece acestea nu au rezistență în condiții DC

- Răspund mai repede, deoarece conversia de energie implică numai cu dispozitive electrice, dar fără dispozitive mecanice sau hidraulice

- O descărcare mai profundă și o reîncărcare abilitate, deoarece supraconductorii pot fi complet descărcați și reîncărcați

- Un echilibru mai bun între densitatea de putere și densitatea energetică

Dispozitivele SMES joacă un rol important în extinderea și modernizarea infrastructurii sistemului de transport, precum și integrarea surselor de energie regenerabile. Cu capacitatea sa de stocare a energiei și rapidă, un sistem SMES poate proteja rețeaua electrică de defecțiuni, care ar putea include fluctuații de tensiune care creează electronice digitale, neajunsuri care dezactivează procesele industriale și dăunează echipamentelor electrice și căderi de tensiune, care a afectat 50 de milioane de persoane și a provocat daune economice de aproximativ 6 miliarde USD, care au durat timp de 4 zile [3]. În plus, sursele de energie regenerabile, cum ar fi energia eoliană, centralele solare și generatoarele de maree, au o putere de ieșire foarte instabilă. Prin conectarea cu surse regenerabile de energie, sistemele SMES își vor alinia puterea de ieșire și vor asigura o alimentare sigură și sigură a consumatorilor.