Накопители энергии большой мощности для плазменных установок
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2025-6-28-37Ключевые слова:
емкостные накопители энергии, коммутаторы, плазменные установкиАннотация
Емкостные накопители энергии (ЕНЭ) — один из наиболее распространённых типов накопителей энергии. Они используются в регенеративной энергетике, промышленной электронике, системах аварийного и резервного питания. Основными узлами ЕНЭ являются конденсаторные батареи, объединенные в блоки или модули, и коммутаторы, полностью определяющие выходные характеристики данного устройства.
Рассмотрены модели ЕНЭ и используемые в них коммутаторы, сделаны выводы о возможности их применения в рамках установки 2МК-200.
Библиографические ссылки
1. Барбарино М. Что такое термоядерный синтез? [Электрон. ресурс] https://www.iaea.org/ru/newscenter/news/chto-takoe-termoyadernyy-sintez (дата обращения 17.08.2024).
2. Yirka B. NIF Fusion Breakeven Claims Peer Reviewed and Verified by Multiple Teams [Электрон. ресурс] https://phys.org/news/2024-02-nif-fusion-breakeven-peer-multiple.html (дата обращения 03.08.2024).
3. Van Easter D. Recent H-majority Inverted Radio Frequency Heating Scheme Experiments in JET-ILW // EPJ Web Conf. 2017. V. 157. Pp. 1—4.
4. Jiansheng Hu e. a. All Superconducting Tokamak: EAST // AAPPS Bull. 2023. V. 33. Pp. 1—24.
5. Helion Energy [Электрон. ресурс] https://www.helionenergy.com/technology/ (дата обращения 26.07.2024).
6. Костюшин В.А. и др. Плазменная установка МК-200 // Приборы и техника эксперимента. 2023. № 6. C. 28—34.
7. Долан Т. Использование плазменных технологий и ускорителей в целях развития расширение возможностей // Бюллетень МАГАТЭ. 2000. № 42. С. 41—46.
8. Горяинов В.Ю., Воронин А.В. Об ограничении скорости движения плазмы в электродинамическом ускорителе // Физика плазмы. 2022. № 4. С. 300—305.
9. Пат. № 2696975 РФ. Плазменный ускоритель / Вовченко Е.Д. и др. // Бюл. изобрет. 2019. № 22.
10. Пат. № 2100916 РФ. Ускоритель плазмы / Гришин С.Д. и др. // Бюл. изобрет. 1997.
11. Бойченко А.М. и др. Плазменные и газовые лазеры. Томск: Изд-во STT, 2017.
12. Liebfried O. Review of Inductive Pulsed Power Generators for Railguns // IEEE Trans. Plasma Sci. 2017. V. 45(7). Pp. 1108—1114.
13. Liebfried O., Brommer V., Scharnholz S. Development of XRAM Generators as Inductive Power Sources for Very High Current Pulses // Proc. 19th IEEE Pulsed power Conf. San Francisco, 2013. Pp. 1—6.
14. Никитин В.В., Середа Г.Е., Середа Е.Г., Середа А.Г. Экспериментальные исследования заряда несверхпроводникового индуктивного накопителя энергии // Инновационные транспортные системы и технологии. 2016. Т. 2(1). С. 126—135.
15. Лотоцкий А.П. Физические механизмы при выводе магнитной энергии из индуктивных накопителей в мощных импульсных системах: дис. … доктора физ.-мат. наук. М.: ОИВТ РАН, 1999.
16. Ali M.T., Wu B., Dougal R.A. An Overview of SMES Applications in Power and Energy Systems // IEEE Trans. Sustainable Energy. 2010. V. 1(1). Pp. 38—47.
17. Ефремов Д.Г. Исследование возможности и разработка способов применения накопителей энергии различного типа для противоаварийного управления при больших возмущениях в энергосистеме: дис. … канд. техн. наук. М.: Изд-во МЭИ, 2018.
18. Yuyao Huang, Yi Ru, Yilan Shen, Zhirui Zeng. Characteristics and Applications of Superconducting Magnetic Energy Storage // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 2108. Pp. 1—10.
19. Сахаров А.Д. Взрывомагнитные генераторы // Успехи физических наук. 1966. Т. 88(4). С. 725—734.
20. Beard K.W. Linden's Handbook of Batteries. N-Y.: McGraw-Hill Education, 2019.
21. Кулуев Ж. Анализ применения емкостных накопителей энергии для энергообеспечения объектов цифровых технологий // Science and Innovation. 2024. V. 3. Iss. 17. Pp. 230—234.
22. Шурыгина В. Суперконденсаторы. Размеры больше, мощность выше // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2009. № 7. С. 10—20.
23. Жданов В.В., Коштял Ю.М., Кузнецов В.П. Анализ основных показателей современных суперконденсаторов и литий-ионных аккумуляторов для задач создания высокомощных источников тока [Электрон. ресурс] https://rusbat.com/Interbat22032017/IoffeInterbat2017.pdf (дата обращения 05.08.2024).
24. Жилин Е.В., Долгаль С.В., Малышева А.Д. Перспективы применения накопителей электроэнергии в энергетических системах // Энергетические системы. 2023. Т. 8(3). С. 32—41.
25. Ramazanov R.F. Conceptual Design of 2 MJ Capacitive Energy Storage // Defence Technology. 2018. V. 14 (5). Pp. 622–627.
26. Фридман Б.Э. и др. Емкостный накопитель энергии 1 МДж // Приборы и техника эксперимента. 2011. № 5. С. 101—105.
27. Cвиридов В.В. Результаты испытаний модулей емкостного накопителя энергии в составе стенда силового лазерного усилителя // Труды РФЯЦ — ВНИИЭФ. 2020. № 25—2. С. 6—15.
28. Ганин Л.С., Арзев А.Г., Беспалов Е.А. Модуль емкостного накопителя с запасенной энергией 900 кДж на базе реверсивно включаемых динисторов для питания ламп накачки мощного неодимового лазера // Труды РФЯЦ — ВНИИЭФ. 2017. № 2. С. 55—62.
29. Jorling J. e. a. 49 MJ Pulsed Power Facility to Produce High Magnetic Fields // Proc. 16th IEEE Intern. Pulsed Power Conf. Albuquerque, 2007. Pp. 1513—1516.
30. Spahn E., Buderer G. A Flexible Pulse Power Supply for EM- and ETC-launchers. Digest of Technical Papers // Proc. 12th IEEE Intern. Pulsed Power Conf. Monterey, 1999. Pp. 1353—1356.
31. Hong-Sik Lee e. a. Evaluation of a RVU-43 Switch as the Closing Switch for a Modular 300 kJ Pulse Power Supply for ETC Application // IEEE Trans. Magnetics. 2001. V. 37(1). Pp. 371—374.
32. Yun-Sik Jin e. a. Design and Performance of a 300 kJ Pulsed Power Module for ETC Application // Ibid. Pp. 165—168.
33. Liebfried O., Brommer V., Scharnholz S. Refurbishment of a 30 MJ Pulsed Power Supply for Pulsed Power Applications // IEEE Trans. Plasma Sci. 2013. V. 41(5). Pp. 1285—1289.
34. Wolfe T., Riedy, P., Drake J., MacDougal F. Preliminary Design of a 200 MJ Pulsed Power System for a Naval Railgun Proof of Concept Facility // Proc. 12th Symp. Electromagnetic Launch Technol. Snowbird, 2004. Pp. 490—494.
35. Wolfe T R., Riedy P., Lewis D. Green Farm Electric Gun Research and Development Facility: the final chapter // IEEE Trans. Magnetics. 2001. V. 37(1). Pp. 506—510.
36. Kumar V.P. e. a. Design and Development of 4-MJ Capacitor Bank-Based Pulsed Power System for Electromagnetic Launcher // IEEE Trans. Plasma Sci. 2019. V. 47(3). Pp. 1681—1689.
37. Borthakur S. e. a. 200 kJ Pulsed Power System for Pulsed Plasma Device // IEEE Trans. Plasma Sci. 2017. V. 45(7). Pp. 1769—1775.
38. Коликов В.А., Богомаз А.А., Будин А.В. Мощные импульсные генераторы плазмы: исследование и применение. М.: Наука, 2022.
39. Соковнин С.Ю. Мощная импульсная техника. Екатеринбург: Уральский гос. техн. ун-т, 2008.
40. Кладухин В.В. Управляемый многозазорный газовый разрядник // Приборы и техника эксперимента. 2012. № 5. С. 62—66.
41. Балакин В.А. Управляемый газонаполненный разрядник на рабочее напряжение 1 МВ // Труды РФЯЦ — ВНИИЭФ. 2016. № 21—1. С. 208—213.
42. Алферов Д.Ф. Сильноточные управляемые разрядники для различных применений // Успехи прикладной физики 2013. № 1—2. С. 154—160.
43. Гусев А.Н. Воздушный разрядник для сильноточного источника энергии на основе емкостного накопителя с рабочим напряжением 5 кВ // Приборы и техника эксперимента. 2020. № 5. С. 60—65.
44. Правила устройства электроустановок [Электрон. ресурс] https://zazemlidom.ru/wp-content/uploads/2020/12/ПУЭ-7.-Правила-устройства-электроустановок.pdf (дата обращения 05.08.2024).
45. Gavrilov V.V. e. a. X-ray Diagnostics of Plasma Generated During Collisions of Plasma Flows // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 946. Pp. 1—6.
---
Для цитирования: Селянин Д.А., Лазукин А.В., Салахутдинов Г.Х. Накопители энергии большой мощности для плазменных установок // Вестник МЭИ. 2025. № 6. С. 28—37. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-28-37
---
Работа выполнена в рамках государственного контракта от 25.04.2024 № Н.4к.241.09.24.1050
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Barbarino M. Chto Takoe Termoyadernyy Sintez? [Elektron. Resurs] https://www.iaea.org/ru/newscenter/news/chto-takoe-termoyadernyy-sintez (Data Obrashcheniya 17.08.2024). (in Russian).
2. Yirka B. NIF Fusion Breakeven Claims Peer Reviewed and Verified by Multiple Teams [Elektron. Resurs] https://phys.org/news/2024-02-nif-fusion-breakeven-peer-multiple.html (Data Obrashcheniya 03.08.2024).
3. Van Easter D. Recent H-majority Inverted Radio Frequency Heating Scheme Experiments in JET-ILW. EPJ Web Conf. 2017;157:1—4.
4. Jiansheng Hu e. a. All Superconducting Tokamak: EAST. AAPPS Bull. 2023;33:1—24.
5. Helion Energy [Elektron. Resurs] https://www.helionenergy.com/technology/ (Data Obrashcheniya 26.07.2024).
6. Kostyushin V.A. i dr. Plazmennaya Ustanovka MK-200. Pribory i Tekhnika Eksperimenta. 2023;6:28—34. (in Russian).
7. Dolan T. Ispol'zovanie Plazmennykh Tekhnologiy i Uskoriteley v Tselyakh Razvitiya Rasshirenie Vozmozhnostey. Byulleten' MAGATE. 2000;42:41—46. (in Russian).
8. Goryainov V.Yu., Voronin A.V. Ob Ogranichenii Skorosti Dvizheniya Plazmy v Elektrodinamicheskom Uskoritele. Fizika Plazmy. 2022;4:300—305. (in Russian).
9. Pat № 2696975 RF. Plazmennyy Uskoritel'. Vovchenko E.D. i dr.. Byul. izobret. 2019;22. (in Russian).
10. Pat № 2100916 RF. Uskoritel' Plazmy. Grishin S.D. i dr.. Byul. izobret. 1997. (in Russian).
11. Boychenko A.M. i dr. Plazmennye i Gazovye Lazery. Tomsk: Izd-vo STT, 2017. (in Russian).
12. Liebfried O. Review of Inductive Pulsed Power Generators for Railguns. IEEE Trans. Plasma Sci. 2017;45(7):1108—1114.
13. Liebfried O., Brommer V., Scharnholz S. Development of XRAM Generators as Inductive Power Sources for Very High Current Pulses. Proc. 19th IEEE Pulsed power Conf. San Francisco, 2013:1—6.
14. Nikitin V.V., Sereda G.E., Sereda E.G., Sereda A.G. Eksperimental'nye Issledovaniya Zaryada Nesverkhprovodnikovogo Induktivnogo Nakopitelya Energii. Innovatsionnye Transportnye Sistemy i Tekhnologii. 2016;2(1):126—135. (in Russian).
15. Lototskiy A.P. Fizicheskie Mekhanizmy pri Vyvode Magnitnoy Energii iz Induktivnykh Nakopiteley v Moshchnykh Impul'snykh Sistemakh: Dis. … Doktora Fiz.-mat. Nauk. M.: OIVT RAN, 1999. (in Russian).
16. Ali M.T., Wu B., Dougal R.A. An Overview of SMES Applications in Power and Energy Systems. IEEE Trans. Sustainable Energy. 2010;1(1):38—47.
17. Efremov D.G. Issledovanie Vozmozhnosti i Razrabotka Sposobov Primeneniya Nakopiteley Energii Razlichnogo Tipa dlya Protivoavariynogo Upravleniya pri Bol'shikh Vozmushcheniyakh v Energosisteme: Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. M.: Izd-vo MEI, 2018. (in Russian).
18. Yuyao Huang, Yi Ru, Yilan Shen, Zhirui Zeng. Characteristics and Applications of Superconducting Magnetic Energy Storage. J. Phys.: Conf. Ser. 2021;2108:1—10.
19. Sakharov A.D. Vzryvomagnitnye Generatory. Uspekhi Fizicheskikh Nauk. 1966;88(4):725—734. (in Russian).
20. Beard K.W. Linden's Handbook of Batteries. N-Y.: McGraw-Hill Education, 2019.
21. Kuluev Zh. Analiz Primeneniya Emkostnykh Nakopiteley Energii dlya Energoobespecheniya Obektov Tsifrovykh Tekhnologiy. Science and Innovation. 2024;3;17:230—234. (in Russian).
22. Shurygina V. Superkondensatory. Razmery Bol'she, Moshchnost' Vyshe. Elektronika: Nauka, Tekhnologiya, Biznes. 2009;7:10—20. (in Russian).
23. Zhdanov V.V., Koshtyal Yu.M., Kuznetsov V.P. Analiz Osnovnykh Pokazateley Sovremennykh Superkondensatorov i Litiy-ionnykh Akkumulyatorov dlya Zadach Sozdaniya Vysokomoshchnykh Istochnikov Toka [Elektron. Resurs] https://rusbat.com/Interbat22032017/IoffeInterbat2017.pdf (Data Obrashcheniya 05.08.2024). (in Russian).
24. Zhilin E.V., Dolgal' S.V., Malysheva A.D. Perspektivy Primeneniya Nakopiteley Elektroenergii v Energeticheskikh Sistemakh. Energeticheskie Sistemy. 2023;8(3):32—41. (in Russian).
25. Ramazanov R.F. Conceptual Design of 2 MJ Capacitive Energy Storage. Defence Technology. 2018;14 (5):622–627.
26. Fridman B.E. i dr. Emkostnyy Nakopitel' Energii 1 MDzh. Pribory i Tekhnika Eksperimenta. 2011;5:101—105. (in Russian).
27. Cviridov V.V. Rezul'taty Ispytaniy Moduley Emkostnogo Nakopitelya Energii v Sostave Stenda Silovogo Lazernogo Usilitelya. Trudy RFYATS — VNIIEF. 2020;25—2:6—15. (in Russian).
28. Ganin L.S., Arzev A.G., Bespalov E.A. Modul' Emkostnogo Nakopitelya s Zapasennoy Energiey 900 Kdzh na Baze Reversivno Vklyuchaemykh Dinistorov dlya Pitaniya Lamp Nakachki Moshchnogo Neodimovogo Lazera. Trudy RFYATS — VNIIEF. 2017;2:55—62. (in Russian).
29. Jorling J. e. a. 49 MJ Pulsed Power Facility to Produce High Magnetic Fields. Proc. 16th IEEE Intern. Pulsed Power Conf. Albuquerque, 2007:1513—1516.
30. Spahn E., Buderer G. A Flexible Pulse Power Supply for EM- and ETC-launchers. Digest of Technical Papers. Proc. 12th IEEE Intern. Pulsed Power Conf. Monterey, 1999:1353—1356.
31. Hong-Sik Lee e. a. Evaluation of a RVU-43 Switch as the Closing Switch for a Modular 300 kJ Pulse Power Supply for ETC Application. IEEE Trans. Magnetics. 2001;37(1):371—374.
32. Yun-Sik Jin e. a. Design and Performance of a 300 kJ Pulsed Power Module for ETC Application. Ibid:165—168.
33. Liebfried O., Brommer V., Scharnholz S. Refurbishment of a 30 MJ Pulsed Power Supply for Pulsed Power Applications. IEEE Trans. Plasma Sci. 2013;41(5):1285—1289.
34. Wolfe T., Riedy, P., Drake J., MacDougal F. Preliminary Design of a 200 MJ Pulsed Power System for a Naval Railgun Proof of Concept Facility. Proc. 12th Symp. Electromagnetic Launch Technol. Snowbird, 2004:490—494.
35. Wolfe T R., Riedy P., Lewis D. Green Farm Electric Gun Research and Development Facility: the final chapter. IEEE Trans. Magnetics. 2001;37(1):506—510.
36. Kumar V.P. e. a. Design and Development of 4-MJ Capacitor Bank-Based Pulsed Power System for Electromagnetic Launcher. IEEE Trans. Plasma Sci. 2019;47(3):1681—1689.
37. Borthakur S. e. a. 200 kJ Pulsed Power System for Pulsed Plasma Device. IEEE Trans. Plasma Sci. 2017;45(7):1769—1775.
38. Kolikov V.A., Bogomaz A.A., Budin A.V. Moshchnye Impul'snye Generatory Plazmy: Issledovanie i Primenenie. M.: Nauka, 2022. (in Russian).
39. Sokovnin S.Yu. Moshchnaya Impul'snaya Tekhnika. Ekaterinburg: Ural'skiy Gos. Tekhn. Un-t, 2008. (in Russian).
40. Kladukhin V.V. Upravlyaemyy Mnogozazornyy Gazovyy Razryadnik. Pribory i Tekhnika Eksperimenta. 2012;5:62—66. (in Russian).
41. Balakin V.A. Upravlyaemyy Gazonapolnennyy Razryadnik na Rabochee Napryazhenie 1 MV. Trudy RFYATS — VNIIEF. 2016;21—1:208—213. (in Russian).
42. Alferov D.F. Sil'notochnye Upravlyaemye Razryadniki dlya Razlichnykh Primeneniy. Uspekhi Prikladnoy Fiziki 2013;1—2:154—160. (in Russian).
43. Gusev A.N. Vozdushnyy Razryadnik dlya Sil'notochnogo Istochnika Energii na Osnove Emkostnogo Nakopitelya s Rabochim Napryazheniem 5 Kv. Pribory i Tekhnika Eksperimenta. 2020;5:60—65. (in Russian).
44. Pravila Ustroystva Elektroustanovok [Elektron. Resurs] https://zazemlidom.ru/wp-content/uploads/2020/12/PUE-7.-Pravila-ustroystva-elektroustanovok.pdf (Data Obrashcheniya 05.08.2024). (in Russian).
45. Gavrilov V.V. e. a. X-ray Diagnostics of Plasma Generated During Collisions of Plasma Flows. J. Phys.: Conf. Ser. 2018;946:1—6
---
For citation: Selyanin D.A., Lazukin A.V., Salakhutdinov G.Kh. High-power Energy Storages for Plasma Installations. Bulletin of MPEI. 2025;6:28—37. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-28-37
---
The Work was Carried Out Under the State Contract Dated 25.04.2024 No. Н.4к.241.09.24.1050
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
