Vers une nouvelle génération de stockage magnétique - Toward a new generation of magnetic energy storage – SUPER SMES

Il n'existe pas de solution réellement satisfaisante pour des sources impulsionnelles de forte puissance, compactes et légères, pour des applications comme certains FACTS ou les lanceurs électromagnétiques. Le stockage magnétique supraconducteur connu sous son acronyme anglais SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage) présente, avec les supraconducteurs à haute température critique (SHTC), des caractéristiques particulièrement favorables pour cette application. Outre leurs grandes facultés à transporter du courant sous inductions magnétiques intenses, le fonctionnement à plus haute température des SHTC lève la limite donnée par la stabilité pour les supraconducteurs conventionnels. Par contre la protection des aimants avec des SHTC (aimant haut Tc) est identifiée comme un verrou technologique.
Le principal but du projet « SUPER SMES » est de développer la technologie des aimants haut Tc pour des SMES à forte densité d'énergie massique.
L'objectif est d'au moins doubler la valeur actuelle qui est d'environ 10 kJ/kg. Cela passe par le développement d'aimants très hauts champs avec une structure mécanique « légère », mais extrêmement rigoureuse, de reprise des forces considérables de Lorentz et des câbles SHTC fort courant adaptés. La conception mécanique des câbles et des aimants est un des challenges du projet puisque la mécanique reste théoriquement le facteur limitant en terme d'énergie massique d'un SMES. L'élément interne de l'aimant constitue sa partie la plus critique car il est soumis aux contraintes maximales. Nous souhaitons apporter par ailleurs une contribution déterminante à la protection des aimants haut Tc, verrou actuel. Des expériences couplées à de la modélisation seront faites pour bien comprendre les phénomènes mis en jeu et proposer plusieurs scénarii de protection efficace. Pour le câble, nous voulons développer un câble en conduit avec des SHTC. Ce type de câble satisfait aux exigences de courant élevé, de reprise des efforts au plus près des conducteurs et de facilité d'isolation électrique nécessaire pour les puissances élevées visées.Notre approche combine des aspects conceptuels et expérimentaux en passant par de la modélisation numérique. Un point crucial est la caractérisation des propriétés d'usage : courant de transport, pertes AC et performances mécaniques notamment. Les conducteurs seront de 1ère ou de 2ème génération. Un des objectifs du projet est de sélectionner ceux les plus appropriés aux SMES. La température de fonctionnement fait partie des paramètres à optimiser pour cette application. Un point important est la validation et la qualification des solutions proposées par la réalisation et les tests de plusieurs bobinettes fortement instrumentées. Elles seront testées sous inductions magnétiques intenses (jusqu'à 20 T) pour reproduire les conditions opérationnelles de la partie la plus critique d'un aimant haut Tc fort champ. L'analyse des résultats des tests permettra de dégager le meilleur concept.Toutes ces études reprendront les expériences et le savoir-faire des partenaires qui regroupent des compétences variées et complémentaires, académiques et industrielles. Le SMES haut Tc 800 kJ DGA-Nexans-CNRS est un élément important, comme base de départ à ce projet. La principale fourniture correspond à l'ensemble des modèles, solutions et outils technologiques validés, du câble supraconducteur à l'aimant, pour concevoir et réaliser des SMES Haut Tc à très hautes performances massiques pour des sources impulsionnelles.