Quelltext der Seite Supraleitender Magnetischer Energiespeicher

'''Supraleitende Magnetische Energiespeicher (SMES)''' speichern [[Energie]] in einem durch [[Gleichstrom]] in einer [[Supraleiter|supraleitenden]] Spule erzeugten [[Magnetismus|Magnetfeld]]. Die Spule wird mittels [[Kryotechnik]] unter die [[Sprungtemperatur]] des Supraleiters gekühlt.

Ein typischer SMES besteht aus einer supraleitenden Spule, einer Kühlung und einem Energieaufbereitungssystem. Wenn die supraleitende Spule einmal geladen ist, nimmt der Strom nicht ab und die magnetische Energie kann über längere Zeit gespeichert werden.

Die gespeicherte Energie kann wieder ins Netzwerk eingespeist werden, indem die Spule entladen wird. Das Energieaufbereitungssystem benutzt einen [[Wechselrichter]]/[[Gleichrichter]], um den Wechselstrom in Gleichstrom, der im SMES gespeichert werden kann, und zurück in Wechselstrom umzuwandeln. Dabei kann je Wandelvorgang etwa 2 bis 3 % der Energie in Form von Wärmeabgabe nicht genutzt werden. SMES sind vergleichsweise effizient; beim Speichern selbst geht kaum Energie verloren.

Allerdings ist der Energieaufwand für die Kühlung hoch und durch die hohen Kosten von Supraleitern werden SMES vor allem zur kurzzeitigen Speicherung von Energie verwendet.

== Vergleich mit anderen Methoden zur Energiespeicherung ==
Der wohl wichtigste Vorteil von SMES ist die nur kurze Verzögerung beim Laden und Entladen. Die Energie ist sofort verfügbar und es kann eine hohe Leistung in einer kurzen Zeit bereitgestellt werden. Andere Methoden zur [[Energiespeicher]]ung, wie zum Beispiel die [[Pumpspeicherwerk]]e haben eine wesentlich größere Verzögerung von einigen Minuten, da die Energie von mechanischer in elektrische Energie umgewandelt werden muss. Weitere Vorteile sind, dass der Energieverlust extrem klein ist und dass sie sehr zuverlässig sind, da die wesentlichen Teile des SMES unbeweglich sind. Nachteilig sind der hohe Aufwand an Leistungselektronik und die Notwendigkeit der ständigen Kühlung auf extrem tiefe Temperaturen. Diese Kühlung muss aufgrund der niedrigen [[Sprungtemperatur]]en zum Teil mit teurem [[Helium]] erfolgen, die Verwendung von Hochtemperatur-Supraleitern ermöglicht zwar die Kühlung mit Stickstoff – jedoch sind diese Supraleiter zur Zeit noch teurer als jene, die mit Helium gekühlt werden. Hinzu kommt, dass die Speicherdichte sehr niedrig ist – so sind im Magnetfeld der Strahlregeldipolmagnete des [[Large Hadron Collider]] lediglich 55,3&nbsp;[[Kilowattstunde|kWh]] gespeichert.

== Berechnung der gespeicherten Energie ==
Um die in einem SMES gespeicherte Energie zu berechnen, multipliziert man die Hälfte der [[Induktivität]] mit dem Quadrat der [[Stromstärke]]:

<blockquote><math>E=\frac {1}{2}\cdot L\cdot I^2</math><br />
''E'' = Energie in [[Joule]]<br />
''L'' = Induktivität in [[Henry (Einheit)|Henry]]<br />
''I'' = Stromstärke in [[Ampere]]</blockquote>

== Praktischer Einsatz und Projekte ==
=== Geschichte der SMES-Technologie ===
Die ersten theoretischen Vorschläge für supraleitende magnetische Energiespeicher gehen bis in die 1960er Jahre zurück, in den 1980er Jahren wurden experimentelle Systeme in Japan gebaut. In den USA gab es zur selben Zeit Entwicklungen von [[Bechtel Corporation|Bechtel]]. Im Rahmen von [[Strategic Defense Initiative|SDI]] kam es für militärische Applikationen zu einer Reihe von Entwicklungen auf diesem Gebiet.<ref>Weijia Yuan: ''History of SMES Technology.'' S. 27 ff. In: Weijia Yuan: ''Second-generation high-temperature superconducting coils and their applications for energy storage.'' Springer, London 2011, ISBN 978-0-85729-741-9.</ref><ref>Richard L. Verga: ''Superconducting Magnetic Energy Storage and other large-scale SDI cryogenic applications programs.''  {{bibcode|1990acge...35..555V}}</ref> SMES sind Gegenstand einiger [[Forschung und Entwicklung|F&E-Programme]] u.&nbsp;a. von [[NASA]], [[Energieministerium der Vereinigten Staaten|DOE]] und [[Defense Advanced Research Projects Agency|DARPA]].<ref>''[http://www.popsci.com/science/article/2011-03/doe-exploring-superconducting-magnet-scheme-grid-scale-energy-storage DOE Exploring Superconducting Magnet Scheme for Grid Energy Storage.]'' Bei: ''popsci.com.'' Abgerufen am 5. Dezember 2011.</ref><ref>''[http://nextbigfuture.com/2011/10/superconducting-magnetic-energy-storage.html Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES). Systems for GRIDS.]'' Bei: ''nextbigfuture.com.''</ref><ref>''[http://www.sbir.gov/sbirsearch/detail/75515 Superconducting Magnetic Energy Storage for Maglifter Launch Assist.]'' Bei: ''sbir.gov.'' ''{{Webarchiv |url=http://arpa-e.energy.gov/ProgramsProjects/GRIDS/SuperconductingMagnetEnergyStorageSystemwith.aspx |wayback=20121118122436 |text=ABB: Magnetic Energy Storage System.}}.'' Bei: ''arpa-e.energy.gov.'' Abgerufen am 5. Dezember 2011.</ref>

=== Schneller Kompensator im Sägewerk ===
Der erste SMES in Europa wurde vom Forschungszentrum Karlsruhe und von der Universität Karlsruhe gemeinsam entwickelt und in einem Sägewerk in [[Fischweier]]/[[Alb (Oberrhein)|Albtal]] am Niederspannungsnetz des Badenwerks eingesetzt. Es hat eine Speicherkapazität von maximal 200&nbsp;[[Joule|kJ]]<ref>Phil McKenna: ''[https://www.heise.de/tr/artikel/Strom-in-der-Warteschleife-1205267.html Strom in der Warteschleife.]'' Bei: ''Heise.de.'' Technology Review, 11. März 2011, abgerufen am 4. Januar 2015.</ref> (das sind etwa 0,056&nbsp;[[Wattstunde|kWh]]) und eine Leistung von 80&nbsp;[[Voltampere|kVA]]. Der SMES besteht aus sechs Magnetmodulen, die als [[Zylinderspule|Solenoid]] zusammengesetzt sind. Jedes Magnetmodul enthält tausend Windungen des 1,3&nbsp;mm dicken NbTi-Supraleiters und hat einen Durchmesser von 36&nbsp;cm. Damit erreicht der Gesamtaufbau eine Induktivität von 4,37&nbsp;[[Henry (Einheit)|H]] und kommt mit einem Strom von 300&nbsp;[[Ampere|A]] aus, um die geforderte Energie zu speichern. Die Energiedichte beträgt etwa 150&nbsp;kJ/m³, die Kühlung erfolgt mittels Helium.<ref>''{{Webarchiv |url=http://www.lew-trends.de/supraleitende-magnetische-energiespeicher-hightech-mit-super-magneten/ |wayback=20140710022752 |text= Supraleitende magnetische Energiespeicher: Hightech mit Super-Magneten.}}.'' Bei: ''LEW-Trends.de.'' 6. November 2013, abgerufen am 4. Januar 2015.</ref>

=== ARPA-E ===
Das vom [[Department of Energy]] im Rahmen von [[DARPA|ARPA-E]] (Advanced Research Projects Agency – Energy)<ref>[http://arpa-e.energy.gov arpa-e.energy.gov]</ref> mit 4,2 Millionen US-Dollar geförderte Projekt zur Erforschung der SMES-Technologie wird von [[ABB (Unternehmen)|ABB]], SuperPower Inc., der [[University of Houston]] und dem [[Brookhaven National Laboratory]] gemeinsam durchgeführt. In einer Präsentation im Rahmen der 10.&nbsp;[[EPRI]] Superconductivity Conference in [[Tallahassee]] 2011 wurde ein Teil eines Prototyps mit 10&nbsp;[[Voltampere|MVA]] Leistung und 20&nbsp;[[Joule|MJ]] (etwa 5,5&nbsp;[[Wattstunde|kWh]]) Speicherkapazität gezeigt, der in einem Stromnetz mit Wasserturbinen betrieben wird, um die Verbrauchsschwankungen eines Walzwerkes zu kompensieren.

Zudem sieht die Präsentation supraleitende Übertragungsleitungen in einem Netz der Zukunft vor.<ref>Qiang Li, Drew W. Hazelton, Venkat Selvamanickam: ''[http://www.superpower-inc.com/system/files/2011_1012+EPRI+Conf_Brookhaven+SMES.pdf Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) for GRIDS.]'' Bei: ''superpower-inc.com.'' Abgerufen am 4. Januar 2015.</ref>

== Trivia ==
Im Film ''[[James Bond 007 – Der Mann mit dem goldenen Colt]]'' werden supraleitende magnetische Energiespeicher als Handlungselement verwendet.

== Literatur ==
* Philip Varghese, Kwa-Sur Tam: ''Structures for superconductive magnetic energy storage.'' In: ''Energy.'' Volume 15, Issue 10, Oktober 1990, S. 873–884, {{doi|10.1016/0360-5442(90)90069-E}}.
* Harold Weinstock: ''Applications of superconductivity.'' Kluwer Acad. Publ., Dordrecht 2000, ISBN 0-7923-6113-X.
* Weijia Yuan: ''Second-generation high-temperature superconducting coils and their applications for energy storage.'' Springer, London 2011, ISBN 978-0-85729-741-9.

== Weblinks ==
* ''{{Webarchiv |url=http://www2.eti.uni-karlsruhe.de/pfishj/smes_1.htm |wayback=20081012090636 |text=Bau und Einsatz eines Kompensators mit Energiespeicher: Supraleitender magnetischer Energiespeicher.}}.'' Bei: ''uni-karlsruhe.de.'' Abgerufen am 6. Dezember 2011.
* ''[https://www.heise.de/newsticker/meldung/Supraleitende-magnetische-Energiespeicher-1205834.html Supraleitende magnetische Energiespeicher.]'' Bei: ''Heise.de.''
* ''[http://www.daviddarling.info/encyclopedia/S/AE_superconducting_magnetic_energy_storage.html superconducting magnetic energy storage (SMES).]'' Bei: ''daviddarling.info.''

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Supraleitung]]
[[Kategorie:Elektrische Energie]]
[[Kategorie:Technischer Energiespeicher]]