L’obbiettivo del presente progetto è la dimostrazione della fattibilità della tecnologia SMES Cryogen Free mediante l’impego del Diboruro di Magnesio (MgB2) ad elevata efficienza e prestazioni con costi competitivi.
Oltre alla riduzione del costo del conduttore, uno dei principali vantaggi di questa tecnologia consiste nella notevole semplificazione della parte criogenica. La temperatura critica dell’MgB2 è di 39 K, pertanto può operare con prestazioni sufficienti nell’intervallo di temperatura 15-20K e, al pari degli HTS, può essere raffreddato per conduzione anziché per immersione in bagno di elio (sistema cryogen-free), evitando così gli svantaggi in termini di efficienza, complessità, approvvigionamento, costi e sicurezza legati alla gestione dell’elio liquido.

Tale superconduttore, tipicamente utilizzato per applicazioni in ambito biomedicale, è disponibile da circa dieci anni in pezzature e costi di interesse industriale e costituisce un alternativa a basso costo rispetto ai superconduttori HTS (il suo costo per kAm è inferiore di 10 -20 volte rispetto a quello dei materiali HTS). Lo svantaggio del MgB2 è il minore campo magnetico raggiungibile nell’intervallo di temperatura di esercizio. Ciò comporta che a parità di energia da immagazzinare siano necessari avvolgimenti più grandi che utilizzano una maggiore quantità di superconduttore. Tuttavia, grazie al costo moderato del materiale, questo non compromette la competitività complessiva del sistema SMES. Inoltre un notevole incremento delle prestazioni del materiale sarà ottenuto mediante l’ottimizzazione del suo processo di produzione. In particolare si adopereranno polveri di boro nanometriche (prodotte mediante la tecnologia sviluppato da uno dei proponenti) in grado di accrescere le prestazione al alto campo del MgB2 (pinning). L’attività di ottimizzazione del materiale avrà anche lo scopo di ridurre le perdite elettromagnetiche intrinseche del superconduttore, particolarmente rilevanti nelle applicazioni SMES viste la carica e scarica estremamente rapide a cui questo è sottoposto. Allo scopo di minimizzare le perdite CA, si svilupperanno fili o nastri ottimizzati per l’applicazione specifica ( ridotto diametro dei filamenti, barriere a bassa conducibilità, guaine non magnetiche). Di particolare rilevanza è inoltre l’ottimizzazione del sistema di raffreddamento, che garantirà l’esercizio del superconduttore a temperature comprese tra 16 K e 24 K. Al fine di minimizzazione la potenza complessiva di raffreddamento ed accrescere l’ affidabilità saranno adoperate le maggiori innovazioni tecnologiche introdotte negli ultimi anni, e in particolare isolamento termico mediate vuoto e materiali multistrato (MLI) e cryocoolers innovativi ad alta efficienza e ridotta di manutenzione

Un ulteriore obbiettivo innovativo del progetto è la riduzione delle pertite nei convertitori lato CC durante la fase di stand-by dello SMES utilizzo di componenti elettronici di potenza ad alta tensione/basse perdite (tecnologia SiC) e/o mediante l’utilizzo di strutture multilivello implementate medinate di MOSFET a bassa tensione/basse perdite.