Supravodiče ušetria energiu
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 mm) 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 mm. 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 hrubá 1 až 3 mm 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), Stirloing Cryogenics and Refrigeration, Son (Holandsko), Siemens AG Erlangen a dve firmy z talianskeho Janova: Columbus Superconductors a Ansaldo Superconduttori.
Celý článok si môžete prečítať v Quarku.