Рынок сверхпроводящих магнитных накопителей энергии — глобальный размер отрасли, доля, тенденции, возможности и прогноз, сегментированный по типу (низкотемпературный, высокотемпературный), по применению (энергетическая система, промышленное использование, научно-исследовательский институт, другие), по региону и конкуренции, 2019–2029 гг.

Обзор рынка

Глобальный рынок сверхпроводящих магнитных накопителей энергии оценивался в 67 миллионов долларов США в 2023 году и, как ожидается, будет прогнозировать устойчивый рост в прогнозируемый период со среднегодовым темпом роста 15,22% до 2029 года.

Рынок сверхпроводящих магнитных накопителей энергии (SMES) относится к сектору, занимающемуся разработкой, производством и развертыванием систем хранения энергии, в которых для хранения и высвобождения электроэнергии используются сверхпроводящие материалы. Системы SMES используют уникальные свойства сверхпроводников, которые имеют нулевое электрическое сопротивление при криогенных температурах, для достижения высокоэффективного хранения энергии с возможностями быстрой зарядки и разрядки.

Рынок охватывает различные приложения, включая стабилизацию сети, выравнивание нагрузки и резервные системы питания. Технология SMES особенно ценится за ее способность обеспечивать мгновенную мощность, что делает ее идеальной для стабилизации электрических сетей и поддержки интеграции возобновляемых источников энергии. Ключевыми игроками на этом рынке являются производители сверхпроводящих материалов, криогенных систем охлаждения и систем управления энергией.

Рост рынка SMES обусловлен растущим спросом на надежные и эффективные решения для хранения энергии, достижениями в области сверхпроводящих материалов и растущим вниманием к повышению стабильности сети и энергетической устойчивости. На динамику рынка влияют технологические инновации, нормативная поддержка чистой энергии и потребность в надежной энергетической инфраструктуре. По мере развития технологии ожидается, что она будет играть решающую роль в будущем энергетическом ландшафте.

Ключевые драйверы рынка

Растущий спрос на стабильность и надежность сети

Глобальный рынок сверхпроводящих магнитных накопителей энергии (SMES) в значительной степени обусловлен растущим спросом на стабильность и надежность сети. Поскольку мир становится все более зависимым от электроэнергии для повседневной деятельности и промышленных процессов, потребность в стабильной и надежной электросети никогда не была более критической. Традиционные электросети часто уязвимы к колебаниям спроса и предложения, что может привести к сбоям и отключениям. Системы SMES предлагают решение этих проблем, предоставляя возможности быстрого реагирования для стабилизации сети.

Технология SMES может хранить энергию и мгновенно высвобождать ее, что делает ее исключительно эффективной в решении краткосрочных колебаний спроса и предложения на электроэнергию. Эта возможность особенно ценна в современных сетях, которые все чаще интегрируют прерывистые возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра и солнца. Эти источники могут быть непредсказуемыми и различаться по выходу, создавая проблемы для операторов сетей по поддержанию бесперебойной поставки. Развертывая системы SMES, операторы сетей могут сглаживать эти колебания, обеспечивая стабильное и надежное электроснабжение.

Рост технологий интеллектуальных сетей и растущая сложность электрических сетей требуют передовых решений для управления сетями. Системы SMES повышают стабильность сети, предоставляя вспомогательные услуги, такие как регулирование частоты и поддержка напряжения. Это необходимо для поддержания эксплуатационной целостности современных сетей, которые становятся все более взаимосвязанными и сложными. Поскольку правительства и коммунальные службы инвестируют в модернизацию и устойчивость сетей, ожидается, что спрос на технологию SMES будет расти, что приведет к росту рынка.

Достижения в области сверхпроводящих материалов

Достижения в области сверхпроводящих материалов являются основным драйвером мирового рынка SMES. Сверхпроводники — это материалы, которые при очень низких температурах демонстрируют нулевое электрическое сопротивление и способность излучать магнитные поля. Эти свойства делают их идеальными для использования в системах SMES, где важны эффективное хранение энергии и возможности быстрого разряда. За прошедшие годы был достигнут значительный прогресс в разработке новых сверхпроводящих материалов и улучшении характеристик существующих.

Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) являются заметным достижением в этой области. В отличие от обычных сверхпроводников, которым требуются чрезвычайно низкие температуры, близкие к абсолютному нулю, ВТСП-материалы работают при относительно более высоких температурах. Это снижает стоимость и сложность систем охлаждения, необходимых для поддержания сверхпроводимости. Разработка ВТСП-материалов расширила практическое применение систем SMES, сделав их более коммерчески жизнеспособными.

Исследования новых сверхпроводящих соединений и методов изготовления продолжают повышать эффективность и производительность систем SMES. Эти достижения приводят к увеличению плотности хранения энергии, повышению надежности и снижению затрат. Поскольку сверхпроводящие материалы становятся все более совершенными и доступными, ожидается, что их внедрение в системы SMES будет расти, что еще больше стимулирует расширение рынка.

Загрузить бесплатный пример отчета

Основные проблемы рынка

Высокие затраты и экономическая жизнеспособность

Одной из основных проблем, с которой сталкивается глобальный рынок сверхпроводящих магнитных накопителей энергии (SMES), является высокая стоимость, связанная с технологией. Системы SMES требуют сложных сверхпроводящих материалов, криогенных систем охлаждения и передовой инфраструктуры, все из которых вносят свой вклад в их общие расходы. Стоимость сверхпроводящих материалов, особенно высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), остается относительно высокой из-за сложности их производства и необходимости в редких и дорогих элементах.

Криогенные системы охлаждения, необходимые для поддержания сверхпроводников при их рабочих температурах, также увеличивают стоимость. Эти системы охлаждения обычно включают использование жидкого гелия или других криогенов, которые не только дороги, но и требуют постоянного обслуживания и оперативного управления. Сочетание этих факторов приводит к высоким первоначальным капиталовложениям в системы SMES, что может стать препятствием для их широкого внедрения, особенно на рынках, где ограничения по стоимости являются существенной проблемой.

Экономическая жизнеспособность дополнительно осложняется тем фактом, что системы SMES, обеспечивая быстрое реагирование и высокую эффективность, не всегда могут обеспечивать такую же рентабельность, как другие технологии хранения энергии, такие как литий-ионные аккумуляторы или гидроаккумулирующие установки. Эти альтернативные технологии со временем добились значительного снижения затрат благодаря достижениям в области технологий и экономии за счет масштаба. Напротив, рынок SMES все еще находится в фазе, когда затраты должны снижаться еще больше, чтобы эффективно конкурировать с этими более устоявшимися альтернативами.

Для решения этих проблем текущие исследования и разработки сосредоточены на снижении стоимости сверхпроводящих материалов и повышении эффективности систем охлаждения. Инновации в материаловедении, такие как разработка более экономически эффективных материалов HTS, и достижения в технологиях охлаждения могут сыграть решающую роль в повышении экономической жизнеспособности систем SMES в будущем. Однако до тех пор, пока эти барьеры стоимости не будут преодолены, широкое внедрение технологии SMES может оставаться ограниченным.

Техническая и эксплуатационная сложность

Еще одной значительной проблемой для мирового рынка SMES является техническая и эксплуатационная сложность систем. Технология SMES включает в себя сложные компоненты и процессы, требующие точного проектирования и сложного управления. Ядром системы SMES является сверхпроводящий магнит, который необходимо поддерживать при чрезвычайно низких температурах, чтобы оставаться в сверхпроводящем состоянии. Достижение и поддержание этих температур требует сложных криогенных систем охлаждения, которые добавляют эксплуатационную сложность и требуют специальных знаний и навыков для эффективного управления.

Технические проблемы выходят за рамки систем охлаждения и включают проектирование и интеграцию компонентов SMES. Сверхпроводящие магниты должны быть тщательно спроектированы для работы с высокими токами и магнитными полями без гашения — явления, при котором сверхпроводящее состояние теряется, что приводит к внезапному увеличению сопротивления и выделению тепла. Для обеспечения надежности и безопасности системы требуются передовые материалы и точное проектирование.

Интеграция систем SMES в существующие электросети может быть сложной задачей. Технология должна быть совместима с эксплуатационными требованиями сети, включая регулирование напряжения, управление частотой и реагирование на внезапные изменения нагрузки. Для эффективного управления системой SMES и обеспечения предполагаемых преимуществ без нарушения работы сети требуются сложные системы управления и программное обеспечение.

Сложность систем SMES также подразумевает более высокие требования к эксплуатации и техническому обслуживанию. Для управления системами, выполнения планового обслуживания и решения любых технических проблем, которые могут возникнуть, необходим квалифицированный персонал. Это увеличивает общие эксплуатационные расходы и сложность развертывания технологии SMES.

Усилия по упрощению проектирования и эксплуатации систем SMES, а также достижения в области технологий автоматизации и управления имеют решающее значение для решения этих проблем. Исследования и разработки, направленные на снижение технической сложности и повышение простоты интеграции и эксплуатации, будут иметь важное значение для более широкого внедрения технологии SMES в будущем.

Основные тенденции рынка

Растущее внедрение высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП)

Значительной тенденцией на мировом рынке сверхпроводящих магнитных накопителей энергии (SMES) является растущее внедрение высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). Традиционно сверхпроводящие материалы требовали чрезвычайно низких температур для поддержания своего сверхпроводящего состояния, что требовало использования дорогих и сложных криогенных систем охлаждения. Однако материалы HTS работают при относительно более высоких температурах, что значительно снижает требования к охлаждению и связанные с этим расходы.

Разработка и коммерциализация HTS были обусловлены достижениями в области материаловедения и производственных технологий. Материалы HTS, такие как оксид иттрия-бария-меди (YBCO) и оксид висмута-стронция-кальция-меди (BSCCO), продемонстрировали превосходные эксплуатационные характеристики, включая более высокие критические плотности тока и возможности магнитного поля. Это сделало их все более привлекательными для приложений SMES, где эффективное хранение энергии и быстрое реагирование имеют решающее значение.

Ожидается, что внедрение HTS будет продолжать расти по мере того, как технология будет развиваться и становиться более экономически эффективной. Улучшенные эксплуатационные характеристики материалов HTS позволяют проектировать меньшие и более эффективные системы SMES, которые могут быть интегрированы в более широкий спектр приложений, от стабилизации сети до поддержки возобновляемых источников энергии. Кроме того, сниженные требования к охлаждению систем HTS приводят к снижению эксплуатационных расходов, что еще больше повышает их привлекательность.

Растущее внимание к снижению затрат и повышению эффективности материалов HTS, вероятно, будет способствовать дальнейшему развитию инноваций и рынка SMES. Поскольку технология HTS продолжает развиваться, ожидается, что ее принятие станет более распространенным, что будет способствовать росту и развитию мирового рынка SMES.

Интеграция с возобновляемыми источниками энергии

Еще одной ключевой тенденцией на мировом рынке SMES является растущая интеграция систем SMES с возобновляемыми источниками энергии. Рост производства возобновляемой энергии, такой как энергия ветра и солнца, создает проблемы, связанные с изменчивостью и непостоянством этих источников. Системы SMES предлагают решение, предоставляя возможности быстрого хранения и разрядки энергии, которые могут помочь сбалансировать колебания спроса и предложения, связанные с возобновляемой энергией.

Технология SMES особенно хорошо подходит для приложений, требующих высокой плотности мощности и быстрого времени отклика. Интегрируя системы SMES с установками возобновляемой энергии, операторы могут сгладить колебания выходной мощности, повысить стабильность сети и улучшить общую эффективность систем возобновляемой энергии. Такая интеграция помогает решить проблему непостоянства, делая источники возобновляемой энергии более надежными и жизнеспособными.

Сосредоточение внимания на переходе к чистой энергии и сокращении выбросов углерода привело к увеличению инвестиций в технологии, которые поддерживают интеграцию возобновляемой энергии. Системы SMES все чаще развертываются в сочетании с проектами возобновляемой энергии для предоставления дополнительных услуг, таких как регулирование частоты и поддержка напряжения. Эта тенденция обусловлена как политикой регулирования, так и рыночными стимулами, которые способствуют использованию передовых решений по хранению энергии для поддержки целей возобновляемой энергии.

Ожидается, что тенденция к интеграции SMES с источниками возобновляемой энергии сохранится, поскольку страны и регионы стремятся достичь своих целей в области возобновляемой энергии и повысить устойчивость своих энергетических систем. Синергия между технологией SMES и возобновляемой генерацией энергии, вероятно, будет способствовать дальнейшему росту и инновациям на рынке SMES.

Достижения в проектировании и эффективности систем

Достижения в проектировании и эффективности систем представляют собой значительную тенденцию на мировом рынке SMES. Текущие исследования и разработки направлены на повышение производительности, надежности и экономической эффективности систем SMES. Инновации в проектировании систем, включая усовершенствования сверхпроводящих магнитов, криогенных систем охлаждения и технологий управления, являются движущей силой этих достижений.

Изучаются новые подходы к проектированию для оптимизации плотности хранения энергии и эффективности систем SMES. Например, усовершенствования в конструкции магнитов и методах обработки материалов приводят к созданию более компактных и мощных сверхпроводящих магнитов. Эти достижения способствуют повышению емкости хранения энергии и более эффективной работе систем SMES.

Разработка передовых систем управления и программного обеспечения повышает функциональность и производительность технологии SMES. Эти системы позволяют более точно управлять процессами накопления и разрядки энергии, что приводит к лучшей интеграции с работой сети и повышению общей эффективности.

Упор на повышение эффективности и снижение эксплуатационных расходов стимулирует разработку инновационных технологий охлаждения и более эффективных решений по управлению температурой. Эти достижения помогают снизить стоимость поддержания сверхпроводящих температур и повысить экономическую жизнеспособность систем SMES.

По мере дальнейшего развития технологий ожидается, что тенденция к более эффективным и экономичным системам SMES будет способствовать росту рынка и его внедрению. Инновации в проектировании и эффективности систем будут играть решающую роль в формировании будущего рынка SMES и расширении его приложений.

Сегментные данные

Типовые данные

Сегмент высоких температур занимал самую большую долю рынка в 2023 году. Высокотемпературные материалы работают при относительно более высоких температурах по сравнению с низкотемпературными материалами, для которых требуются температуры, близкие к абсолютному нулю. Более высокие рабочие температуры высокотемпературных полупроводниковых (HTS) материалов снижают потребность в сложных и дорогостоящих криогенных системах охлаждения. Это снижает эксплуатационные и эксплуатационные расходы, связанные с системами SMES, делая решения на основе HTS более экономически выгодными.

Последние достижения в технологии HTS значительно улучшили ее эксплуатационные характеристики. Такие материалы, как оксид иттрия-бария-меди (YBCO) и оксид висмута-стронция-кальция-меди (BSCCO), демонстрируют высокую плотность критического тока и сильные магнитные поля. Эти улучшения привели к созданию более эффективных и мощных систем SMES, способных обрабатывать большие объемы накопления энергии и более высокие скорости разряда. В результате системы HTS все чаще используются для приложений, требующих высокой производительности и быстрого реагирования.

Снижение требований к охлаждению не только снижает затраты, но и упрощает проектирование и интеграцию системы. Системы HTS более универсальны и просты в развертывании в различных условиях, включая городскую среду и промышленные приложения, по сравнению с системами низкотемпературных полупроводников (LTS), которые требуют обширной и дорогой инфраструктуры охлаждения.

Поскольку технология HTS продолжает развиваться, ее преимущества перед системами LTS становятся все более выраженными. Снижение затрат и улучшение характеристик материалов HTS способствуют более широкому внедрению и признанию на рынке. Поддерживающая политика регулирования и увеличение инвестиций в исследования и разработки еще больше способствуют росту систем SMES на основе HTS.

Региональные данные

Регион Северной Америки занимал самую большую долю рынка в 2023 году. Северная Америка, особенно Соединенные Штаты, является центром передовых исследований и разработок в области сверхпроводящих технологий. Крупные научно-исследовательские институты, такие как финансируемые Министерством энергетики (DOE) и другими федеральными агентствами, стимулируют инновации в технологии SMES. Этот акцент на НИОКР способствует технологическому прогрессу и коммерциализации новых сверхпроводящих материалов и систем, давая Северной Америке конкурентное преимущество на рынке SMES.

Регион получает выгоду от существенных инвестиций и возможностей финансирования, предназначенных для технологий хранения энергии. Правительственные гранты, субсидии и инвестиции частного сектора поддерживают разработку и развертывание систем SMES. Министерство энергетики США и различные инициативы на уровне штатов предоставляют финансовые стимулы и поддержку проектам, направленным на повышение стабильности сети и интеграцию возобновляемых источников энергии, что еще больше стимулирует рост рынка.

Северная Америка находится на переднем крае модернизации своей инфраструктуры электросетей. В рамках этих усилий по модернизации особое внимание уделяется принятию передовых решений по хранению энергии, таких как SMES, для повышения надежности и устойчивости сети. Акцент региона на модернизации сетевой инфраструктуры для поддержки интеграции возобновляемых источников энергии создает благоприятную среду для внедрения технологий SMES.

Основные игроки на рынке SMES, включая поставщиков технологий и энергетические компании, базируются в Северной Америке. Эти компании активно занимаются развертыванием и коммерциализацией систем SMES, используя свой обширный отраслевой опыт и налаженные сети для стимулирования роста рынка.

Энергетический рынок Северной Америки требует высокопроизводительных решений для хранения данных для решения таких проблем, как стабильность сети, регулирование частоты и выравнивание нагрузки. Системы SMES с их возможностями быстрого реагирования и высокой эффективностью хорошо подходят для удовлетворения этих потребностей.

Последние разработки

• В июне 2024 года компания Honeywell представила свою платформу Battery Manufacturing Excellence Platform (Battery MXP), передовое программное обеспечение на основе искусственного интеллекта (ИИ), разработанное для оптимизации операций гигафабрик с самого начала. Платформа нацелена на повышение выхода аккумуляторных элементов и ускорение процессов запуска предприятий для производителей. Исторически автономные решения для производства аккумуляторов приводили к тому, что уровень отходов материалов достигал 30% во время устойчивой работы и даже выше на этапах наращивания мощности предприятия. Эта неэффективность привела к значительным финансовым потерям из-за бесполезной траты энергии и материалов, при этом гигантским заводам часто требуются годы, чтобы достичь оптимальной эффективности производства и прибыльности. Battery MXP использует передовые методы искусственного интеллекта для упреждающего выявления и решения проблем с качеством до того, как они приведут к потерям материалов. Интегрируя машинное обучение, платформа обнаруживает и анализирует условия, способствующие проблемам с качеством, преобразуя эти данные в действенные идеи. Эти идеи позволяют производителям повышать операционную эффективность и производительность, обеспечивая значительные улучшения как качества производства, так и экономической эффективности.
• В мае 2024 года TÜV Rheinland, ведущая немецкая испытательная и сертификационная фирма, открыла свой испытательный центр New Energy Components & Accessories в Гуанчжоу, столице провинции Гуандун. На праздновании 30-летия TÜV Rheinland (Guangdong) Ltd компания подтвердила свою твердую уверенность в устойчивом росте китайской экономики, уделив особое внимание экономическому прогрессу в районе Большого залива Гуандун-Гонконг-Макао.
• В апреле 2024 года EIT InnoEnergy запустила программу «One-Stop-Shop to EU Finance» для упрощения доступа к государственному финансированию по всей цепочке создания стоимости аккумуляторов. Эта инициатива, разработанная в сотрудничестве с вице-президентом Европейской комиссии Марошем Шефчовичем, решает сложности обеспечения государственного финансирования для стратегического сектора аккумуляторов в Европе. Представленная на COP28 и являющаяся частью структуры Европейского альянса по аккумуляторам (EBA), программа призвана упростить процесс государственного финансирования для малых и средних предприятий (МСП), участвующих в аккумуляторной промышленности. Эта новая инициатива основана на Стратегическом фонде аккумуляторных материалов EBA, введенном в январе 2024 года, который использует частные инвестиции для поддержки проектов на ранних стадиях в сегменте верхнего уровня цепочки создания стоимости аккумуляторов.

Ключевые игроки рынка

• Schneider Electric SE
• Siemens AG
• American Superconductor Corporation
• Bruker Corporation
• Fujikura Ltd.
• General Electric Company
• Hitachi, Ltd.
• Asahi Kasei Corporation
• Konecranes Plc
• Linde plc
• Magnetics (Подразделение Spang & Компания)
• Mitsubishi Electric Corporation