Design of Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) for Waterborne Applications

Abstract

El cambio de los combustibles fósiles a la propulsión eléctrica en el sector del transporte marítimo se ha acelerado gracias a las recientes políticas destinadas a reducir las emisiones del sector. Esta tendencia crea buques altamente electrificados, con necesidades de sistemas de almacenamiento de energía (ESS) para satisfacer la demanda de energía de forma asequible y aumentar la fiabilidad y la eficiencia de la red a bordo. Los esfuerzos iniciales de la industria se han centrado en el estudio e integración de soluciones ESS de alta densidad energética, principalmente baterías electroquímicas. Sin embargo, otros ESS innovadores, con diferentes capacidades, aún no se han abordado por completo. Es el caso de los sistemas de almacenamiento de energía de respuesta rápida (FRESS), como los supercondensadores, los volantes de inercia o los dispositivos de almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES). El proyecto financiado por la UE, POwer StoragE IN D OceaN (POSEIDON), llevará a cabo las actividades necesarias para la marinización de los tres FRESS mencionados. Este estudio presenta el proceso de diseño seguido en el proyecto POSEIDON para la definición de un SMES adecuado para la operación marítima. En primer lugar, se establecerán las condiciones límite impuestas por el entorno marino y las posibles aplicaciones a bordo del SMES. A continuación, se presentarán las opciones tecnológicas: material superconductor, sistema de refrigeración, fabricación de bobinas y topología de imanes que se han seleccionado para este sistema específico.

The shift from fossil fuel to electric based propulsion in the waterborne transport sector has been sped up by recent policies aiming to reduce the sector emissions. This trend creates highly electrified vessels, with needs for energy storage systems (ESS) to satisfy the power demand affordably and to increase the on-board grid reliability and efficiency. Initial industry efforts have been put in the study and integration of high energy density ESS solutions, mainly electrochemical batteries. However, other innovative ESS, with different capabilities, have not been yet fully addressed. It is the case of Fast Response Energy Storage Systems (FRESS), such as Supercapacitors, Flywheels, or Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) devices. The EU granted project, POwer StoragE IN D OceaN (POSEIDON) will undertake the necessary activities for the marinization of the three mentioned FRESS. This study presents the design process followed in the POSEIDON project for the definition of an SMES suitable for maritime operation. First, the boundary conditions imposed by the marine environment, and the potential on-board applications of the SMES will be established. Next, the technological options: superconducting material, cooling system, coil fabrication and magnet topology which have been selected for this specific system will be presented.