ELEARNING.SK | PR SPRÁVY | GSGROUP | NAJDES.SK | BRIGÁDY, PRÁCA | GLOBALOFFICE.SK | REGISTRAČNÉ VIRTUÁlNE SÍDLO FIRMY | MINCE | CMS | ESHOP | TESTIVA
Prihlásenie:
>Staňte sa redaktorom eQuark.sk

eQuark.sk

Anketa

Ak by ste o tom mohli rozhodnúť práve vy, zaradili by ste Pluto opäť medzi planéty?

Quark

Supravodiče ušetria energiu

16.9.2009 11:53:45 | * q
| Počet zobrazení: 1674x

Hovoríme s Ing. Fedorom Gömörym, DrSc., vedúcim medzinárodného vedeckého tímu na Elektrotechnickom ústave SAV

 

Úspora energie pomocou využitia supravodičov. To je téma, ktorej sa venuje medzinárodný vedecký tím na Elektrotechnickom ústave Slovenskej akadémie vied. Podaril sa mu už objav na európskej úrovni.

Čo je podstatou objavu vášho tímu?

Experimentálne sme potvrdili možnosť zvýšiť účinnosť prenosu striedavého elektrického prúdu supravodivým vodičom. Premena časti prenášanej elektrickej energie na teplo je daňou, ktorú musíme platiť za to, že moderné supravodiče sú schopné bežne prenášať elektrické prúdy stokrát väčšie, než dokážu kovové vodiče. Pri prenose striedavého prúdu potom vzniká teplo. Princíp vzniku týchto tzv. striedavých strát je známy už takmer štyridsať rokov. Vysvetľuje sa ako dôsledok zachytenia magnetického poľa na detailoch mikroštruktúry supravodivého materiálu. Pri prenose jednosmerného prúdu je takýto záchyt priaznivý, pretože udržiava hodnotu prúdu nezmenenú aj po odpojení od zdroja napätia. V prípade striedavého prúdu sa magnetické pole neustále mení a na prekonávanie zotrvačnosti rozloženia prúdu v priereze vodiča musíme obetovať časť prenášaného výkonu. Už dávnejšie je známe, že jednou z možností zníženia striedavých strát je usmernenie pohybu magnetického poľa tak, aby jeho cesta cez supravodivý materiál bola čo najkratšia. My sme vsadili na takzvané bifilárne usporiadanie páskových vodičov. Na supravodivú pásku, ktorou privádzame striedavý prúd zo zdroja do nejakého spotrebiča, priložíme ďalšiu pásku s identickými vlastnosťami, a touto vedieme prúd naspäť do zdroja. Zhotovili sme takúto experimentálnu štruktúru v laboratóriu a meraniami striedavých strát pri prenášaných prúdoch do 100 A sme dokázali, že naozaj dochádza k ich významnému poklesu v porovnaní s klasickým usporiadaním, pri ktorom sa použije iný spätný vodič.

Na základe čoho ste sa do riešenia tejto úlohy pustili?

Štúdium striedavých strát je dlhodobou témou našej výskumnej skupiny na Elektrotechnickom ústave Slovenskej akadémie vied. Sme zapojení do projektu 6. rámcového programu Európskej komisie Nanotechnologicky upravené supravodiče pre aplikácie v silnoprúdovej elektrotechnike (viac na www.nespa.eu). Našou úlohou je hľadať možnosti zníženia striedavých strát a posledný výsledok odráža len časť našich snažení. Predpovede pre bifilárne usporiadanie páskových supravodivých vodičov boli známe už dávnejšie. Experimenty s vodičmi 1. generácie, kde je vysokoteplotný supravodič vo forme jemných vlákien (každé z nich hrubé asi 10 m) zapustený v striebornej matrici, to ale nepotvrdili. Dnes už vieme, že ani nemohli. Celková hrúbka oblasti, v ktorej sú supravodivé vlákna, je totiž asi 100 m. Pri prenose striedavého prúdu musí magnetické pole prechádzať takouto hrúbkou a vznikajúce striedavé straty sú stále veľké. To nám ukázali numerické metódy, ktoré sme na modelovanie procesu vyvinuli. V prípade 2. generácie vodičov, kde sa supravodivá vrstvička hrubé 1 až 3 m nanesie na páskovú kovovú podložku, by sa už mal jav prejaviť. Výpočty tiež ukázali, že dôležitou podmienkou na dosiahnutie výrazného zníženia striedavých strát je, aby kvalita supravodivej vrstvy nekolísala. Vďaka dobrým kontaktom s americkým výrobcom sme získali najnovšiu pásku, ktorú sme podrobili testom s potešujúcim výsledkom: striedavé straty v bifilárnom usporiadaní poklesli na desatinu. Na spoľahlivé overenie výsledku sme experiment zopakovali vo viacerých modifikáciách. Teraz sme si už istí natoľko, že výsledky plánujeme prezentovať v septembri na vrcholnej svetovej konferencii venovanej aplikáciám supravodičov.

Kto sa zúčastňuje na medzinárodnom projekte Nanotechnologicky upravené supravodiče pre aplikácie v elektrotechnike?

Je to dohromady 13 pracovísk, z akademickej sféry sú to Ústav funkčných materiálov Drážďany (koordinátor), Technická univerzita Viedeň, Ústav materiálového výskumu v Barcelone, Ústav nízkych teplôt a štrukturálnych výskumov Wroclaw, Technologický inštitút Karlsruhe, Univerzita Cambridge a dve pracoviská SAV: Elektrotechnický ústav v Bratislave a Ústav experimentálnej fyziky v Košiciach. Priemyselní partneri sú Nexans Superconducors, Hürth (Nemecko), Striling Cryogenics and Refrigeration, Son (Holandsko), Siemens AG Erlangen a dve firmy z talianskeho Janova: Columbus Superconductors a Ansaldo Superconduttori.

Ako sa projekt financuje?

Štvorročný projekt je financovaný ako výskumno-tréningová sieť v rámci programu Marie Curie zameraného na výchovu novej generácie európskych výskumníkov. Z celkového schváleného rozpočtu približne 3,5 milióna eur vyčlenili pre Elektrotechnický ústav 400 000 eur, z toho dve tretiny sú určené na hradenie nákladov prijatia mladých pracovníkov zo zahraničia a jedna tretina na podporu výskumných aktivít našej skupiny, predovšetkým nákup spotrebných materiálov a bežnej laboratórnej techniky. Projekt veľmi vhodne zapadol do smerovania výskumných aktivít nášho Oddelenia fyziky supravodičov, kde vyvíjame nové typy supravodivých vodičov a hľadáme pre ne uplatnenie v elektrotechnike.

Čo je konkrétnou úlohou vášho tímu na Elektrotechnickom ústave SAV?

Sme koordinátorom jednej zo štyroch výskumných tém, ktoré projekt obsahuje. Volá sa Nové koncepcie pre vodiče s nízkymi stratami a do riešenia sa zapojili pracoviská z Cambridge, Karlsruhe a Janova. Okrem supravodivých pások 2. generácie vysokoteplotných supravodičov sa snažíme hľadať cesty zníženia striedavých strát aj vo vodičoch z nedávno objaveného strednoteplotného (kritická teplota -235 °C) supravodiča MgB2. Súčasťou projektu sú dva doktorandské projekty: Jeden pod vedením kolegu Ing. P. Kováča, DrSc., zacielený na nové vodiče MgB2 robí Mgr. Jonna Viljamaa, ktorá k nám prišla na tri roky z Fínska. Druhý sa zameriava na detailné štúdium rozloženia magnetického poľa v okolí supravodivého páskového vodiča 2. generácie. Pod mojím vedením robí túto prácu Mgr. Nikolay Solovyov z Ukrajiny. Zahraniční pracovníci sú premiešaní s našimi. Experimentálny výsledok, ktorý vzbudil takú pozornosť, dosiahol Ing. Michal Vojenčiak v rámci doktorandskej práce pod vedením Ing. Jána Šouca, CSc., výraznej osobnosti vo vývoji nových experimentálnych techník. Veľmi nám pomohli teoretické výpočty, ktoré uskutočnil v rámci postdoktorandského pobytu Mgr. Enrica Parda Vivé, PhD., z Barcelony. Prednedávnom sa k nám pripojila ďalšia mladá výskumníčka Mgr. Serap Safranová z Turecka. Jej zámerom je študovať striedavé straty v mnohovláknitých vodičoch, ktoré v matrici obsahujú feromagnetické materiály.

Nebýva zvykom, aby na Slovensku pôsobil vedecký tím s takým širokým medzinárodným zastúpením. Ako k nemu prišlo?

Keďže sme boli jedným z iniciátorov projektu, koordinátor nám pridelil dosť veľkorysú kvótu pracovných pozícií, ktorú bolo potrebné obsadiť pracovníkmi zo zahraničia. Problematike striedavých strát sa venujeme dlhodobo, máme zvládnuté unikátne experimentálne aj teoretické postupy, vďaka tomu sa nám podarilo zaplniť plánované miesta ambicióznymi mladými adeptami vedeckej práce.

Vráťme sa k predmetu vášho výskumu. Prečo sú supravodiče vynikajúcimi vodičmi?

V supravodičoch pri ochladení pod kritickú teplotu vznikne stav, keď si elektróny začnú navzájom pomáhať pri usmernenom prenose elektrického náboja. Vďaka tejto interakcii prestanú odovzdávať pohybovú energiu kryštálovej mriežke, čo sa navonok prejaví ako vymiznutie elektrického odporu. Elektrický prúd potom zostáva v supravodiči tiecť aj po odpojení od zdroja napätia. Na zmenu tohto stavu je potrebná určitá energia, čo nám začne robiť starosti pri prenose striedavého prúdu pri frekvencii napríklad 50 Hz: práca, spotrebovaná na prekonávanie „zotrvačnosti“ supravodivého prúdu sa v supravodiči premieňa na teplo a nemôžeme už hovoriť o bezstratovom prenose prúdu.

Využívajú sa už supravodičové káble?

Supravodivé káble na prenos elektrických výkonov nad 100 MVA z vysokoteplotných supravodičov, chladené kvapalným dusíkom, sa už testovali v bežnej prevádzke na viacerých miestach vo svete. Ich výhodou v porovnaní s klasickými medenými káblami je približne dvojnásobná prenosová kapacita, nevýhodou podstatne vyššia cena. Ale v husto zastavaných územiach, kde sa draho platí za každý meter štvorcový, je náhrada klasického kábla supravodivým mnohokrát jedinou možnosťou riešenia požiadavky na zvýšenie prenosovej kapacity. Momentálne najsledovanejším je projekt 574 MVA kábla s dĺžkou 600 m inštalovaný od apríla 2008 do verejnej siete na Long Island v New Yorku.

Kde by sa mohli ešte viac uplatniť?

Vďaka schopnosti prenášať elektrické prúdy vodičmi s menšími prierezmi, než majú kovové vodiče, môžu byť zariadenia zo supravodičov menšie a ľahšie. To platí pre generátory a motory, transformátory, elektromagnety. Použitie supravodivého transformátora v elektrickej lokomotíve by umožnilo významne znížiť zaťaženie nápravy a opotrebovanie koľajníc. Lodný motor so supravodivým vinutím má plný krútiaci moment od najnižších otáčok, čo významne zvyšuje manévrovaciu schopnosť lode. Futuristicky znejú projekty zamerané na vývoj motorov pre lietadlá alebo generátorov pre veterné turbíny s výkonom nad 30 MW.

Čo bráni širokému uplatneniu supravodičov v elektrotechnike?

Najväčšou komplikáciou je chladenie nevyhnutné na udržiavanie supravodiča pod kritickou teplotou. Je potrebné ich tepelne izolovať od okolia a všetko vznikajúce teplo odviesť za pomoci chladiaceho zariadenia. Takto to funguje v moderných CT v nemocniciach, kde supravodivý magnet vytvára časovo stále magnetické pole. Ohrev zariadenia je iba cez nedokonalosti tepelnej izolácie. Odlišná je situácia pri elekrotechnických zariadeniach, ktoré pracujú pri frekvencii 50 Hz. Tam, okrem tepla privádzaného z okolia, vzniká teplo aj v samotnom supravodiči mechanizmom spomínaných striedavých strát. Približne platí, že na odvedenia 1 W strát z teploty kvapalného hélia spotrebujeme 500 W v chladiacom zariadení. U vysokoteplotných supravodičov, chladených kvapalným dusíkom, je to iba 20 W. Náklady na chladenie veľmi zhoršujú energetickú bilanciu supravodivých zariadení a môžu spochybniť ich potenciál byť energiu šetriacou alternatívou v porovnaní s klasickou elektrotechnikou.

Kde vidíte potenciálnych odberateľov vášho výskumu?

Sú to predovšetkým nadnárodné elektrotechnické spoločnosti zamerané na neustálu nováciu svojich výrobkov. Dve z nich máme aj v konzorciu nášho projektu.

A čo na Slovensku? Prečo nemáte partnerov? Poznajú váš výskum?

Asi sa na Slovensku málo propagujeme, ale naozaj sa zatiaľ nestalo, aby nás oslovil slovenský podnik s požiadavkou vyriešiť konkrétny problém alebo navrhnúť inováciu výrobného programu. Je pravdou, že naše výsledky prezentujeme na svetových odborných podujatiach, kde sa stretávame aj so zástupcami priemyselných firiem. Takže je potom prirodzené, že ponuka na spoluprácu príde skôr od nich.

Aký je rozdiel medzi zahraničnými firmami a našimi?

Kolegovia zo zahraničných firiem sa zúčastňujú na odborných podujatiach aj na vedeckých konferenciách. Propagujú svoj výrobný program, počúvajú prednášky, diskutujú pri posteroch. Nečudo, že majú prehľad o tom, aké sú najnovšie trendy a kto sú ich nositelia. Vedia presne formulovať výskumný problém a ponúknuť podmienky na spoluprácu, ktoré sú pre výskumníkov atraktívne. Nemusí to byť len o výške ceny za riešenie, môže to byť aj o dlhodobom partnerstve, ktoré dáva vedeckej inštitúcii spätnú väzbu o kvalite jej práce a neustále ponúka aktuálne témy výskumu. Žiaľ, na Slovensku je takýto prístup skôr výnimkou ako pravidlom a veľmi si želám, aby sa to zmenilo.

Neodráža to vzťah našej spoločnosti k vede a jej výsledkom?

Asi sa naozaj nedá očakávať hlad po nových myšlienkach od spoločnosti, ktorej rast bohatstva bol v posledných rokoch založený na manuálnej práci. Možno súčasné problémy slovenského exportu povedú, okrem nárastu nezamestnanosti a iných problémov, aj k doceneniu významu nových, originálnych myšlienok.

Aké máte ďalšie plány v tomto výskume do budúcnosti?

Rozšíriť naše poznatky na prúdy rádu 1000 A a hľadať možnosti zabudovania nášho riešenia do konkrétneho elektrotechnického zariadenia.

Pripravil MARIÁN BABIC
Foto: VLADIMÍR ŠMIHULA





Zdieľaj článok
 
Hodnotenie: 3,44
Príspevok na titulke

Vyberte článok na titulku kliknutím na linku

 

www.brigada.sk - brigády, brigáda, práca, zamestnanie www.najdes.sk - katalóg, portál, vyhľadávač www.equark.sk - veda, výskum, technika www.uvery.sk - úvery, pôžičky, hypotéky www.elearning.sk - elearning, LMS, vzdelávanie, kurzy, elektronické vzdelávanie www.globaloffice.sk - registračné sídlo, virtuálna adresa a kancelária www.globalhosting.sk - domény, doména, webhosting, hosting www.globalweb.sk - CMS, WCMS, redakčný systém, publikačný systém www.globalshop.sk - internetový obchod, eshop, e-commerce Global Services Slovakia s.r.o. - www.gsgroup.sk, informačné systémy, portálové riešenia, intranety, web dizajn

Generuje redakčný CMS systém GlobalWeb spoločnosti Global Services Slovakia s.r.o.