Je dobře známo, že k největším propagátorům „čisté energetiky“ patří Německo. To si vytyčilo smělý plán: v porovnání s rokem 1990 snížit emise oxidu uhličitého do roku 2020 o 40 %. Německá vláda proto masivně podporuje vytváření obnovitelných zdrojů energie – vznikají stále nové fotovoltaické elektrárny či větrné farmy. Podstatně méně se však již hovoří o tom, že současně s tímto vývojem vzrůstá i riziko poškození sítě.
Zkrat v rozvodné síti, která je ve větší míře zásobována z obnovitelných zdrojů, způsobí prudký nárůst elektrického proudu, který tuto síť může vážně poškodit. Společnost Siemens se proto rozhodla, že toto riziko sníží, a vyvinula supravodivé omezovače zkratového proudu. Prototyp tohoto ochranného systému v brzké době otestuje město Augšpurk.
Německý Spolkový svaz energetiky a vodního hospodářství (BDEW) vypočítal, že z obnovitelných zdrojů bylo v prvním pololetí loňského roku pokryto 28,5 % německé spotřeby elektřiny, což znamenalo nový rekord. Přírůstek této „ekoelektřiny“ však pro provozovatele rozvodných sítí představuje určitý problém, protože každá nová větrná turbína nebo fotovoltaický panel jsou dalším zdrojem elektřiny, který musí být k síti připojen přímo. Čím více je těchto zdrojů, tím více proudu elektrickou sítí protéká. Pokud za této situace dojde k nějaké nehodě, například k přetnutí elektrického kabelu při stavebních pracích nebo k pádu stromu na elektrické vedení, nastane zkrat a tzv. zkratový proud může vážně poškodit některá síťová zařízení.
Aby se těmto škodám zabránilo, je elektrické vedení vybaveno jističi, které zkratový proud, není-li příliš velký, dokážou přerušit. Dodatečnou ochranu proti obzvláště velkým zkratovým proudům poskytuje sériová tlumivka. Její nevýhodou je však to, že působí nejen v případě zkratu, ale i při normálním provozu, což má za následek nemalé ztráty elektrického proudu. Jedna sériová tlumivka způsobí za rok ztrátu okolo 25 kW. Odborníci odhadují, že po celém světě je nainstalováno až 44 000 těchto zařízení, což znamená, že jimi způsobené ztráty mohou ročně činit až 1 100 MW. To je množství, které odpovídá produkci jedné velké elektrárny.
Je proto třeba najít takové řešení, které na rozdíl od tlumivek nebude v normálním provozu způsobovat elektrický odpor. Tuto podmínku splňují vysokoteplotní supravodiče vyrobené z oxidu mědi s ytriem a bariem (YBCO). Ty mohou přenášet elektřinu bez odporu a téměř beze ztrát. Aby toho však byly schopny, musejí se chladit. Obvykle se k tomu používá tekutý dusík o teplotě -196 ⁰C. K chlazení je pochopitelně rovněž nutné určité množství energie, odborníci však odhadují, že supravodivý omezovač zkratového proudu jí spotřebuje v porovnání s energií, která se ztratí při použití tlumivek, zhruba polovinu.
Vědci v Siemens Corporate Technology (CT) zkoumají vysokoteplotní supravodiče již více než 20 let. „Jsme přesvědčeni, že nynější nárůst využívání obnovitelných zdrojů energie znamená, že doba je zralá na zavedení supravodivých omezovačů do praxe,“ říká výzkumný pracovník společnosti Siemens Peter Kummeth, který se specializuje právě na supravodiče.
V říjnu loňského roku zahájil Siemens CT ve spolupráci s provozovatelem komunálních služeb města Augšpurk práce na projektu, jehož cílem je vývoj technologií, které zvýší účinnost energetických soustav. Výstupem tohoto projektu, jenž je součástí programu BayINVENT – iniciativy bavorského ministerstva hospodářství, komunikací, energetiky a technologií –, by měl být prototyp supravodivého omezovače zkratového proudu. Omezovač, který by měl být zprovozněn ke konci letošního roku, se bude nacházet mezi sítěmi augšpurských komunálních služeb a tamního energetického operátora.
Supravodivý omezovač bude ve vyvíjeném zařízení spojen se sériovou tlumivkou. Během normálního provozu bude proud protékat supravodičem bez odporu a ztrát. V takových situacích supravodič bude pro elektřinu jakoby neviditelný. Pokud však dojde ke zkratu, vysoký proud způsobí, že supravodič ztratí své obvyklé vlastnosti, změní se v rezistor a aktivuje tlumivku.
Výzkumníkům ze společnosti Siemens CT pomáhají lidé z divize Energy Management. Peter Menke, který řídí oddělení Power Transmission Innovation a analyzoval obchodní potenciál nového supravodivého omezovače, uvedl: „I když je supravodivý materiál vysoce kvalitní a systém musí být chlazen, cena supravodičů se již blíží stávajícím rozvaděčům s tlumivkami. Zpočátku je zřejmě budou používat zejména firmy působící v chemickém a petrochemickém průmyslu, které zpracovávají velké množství materiálu a výpadek výroby by pro ně znamenal velké finanční ztráty.“
Vývoj nového supravodivého omezovače byl relativně levný, stál „pouze“ několik milionů eur. Jeho předchůdce, kterého Siemens CT vyvinul na konci 90. let minulého století za podpory německého ministerstva pro výzkum, vyšel na 50 milionů DM (přes 25 milionů €). Jedním z důvodů, proč byl starý omezovací systém mnohem dražší, bylo to, že vědci museli supravodivé materiály vyvinout speciálně pro něj. Dnes vývojáři ve společnosti Siemens využívají synergie s dalšími aplikacemi supravodičů a pracují s komerčně dostupnými materiály. Na tomto základě nyní vzniká kompaktní a výkonný proudový omezovač pro město Augšpurk.
Vypravte se s námi do historie české energetiky, společně ale nahlédneme i do její budoucnosti. Hostem podcastu je Tomáš Hüner, ředitel divize chytré infrastruktury v českém Siemensu, který se oblasti energetiky věnuje již více než 30 let.
Průmyslové metaverzum – nový svět, který zrcadlí a simuluje skutečné stroje, továrny, města, dopravní sítě a ostatní i velmi složité systémy – nabídne svým aktérům interaktivní reprezentace a simulace skutečného světa v reálném čase. V dějinách průmyslu představuje zcela novou kapitolu, kterou začínáme společně psát.
Reprezentativní budova Opery v Dubaji, hlavním městě stejnojmenného emirátu, v sobě skrývá špičková zařízení Siemens, která symbolizují pronikání moderních technologií této společnosti nejenom do exkluzivních koncertních sálů. Jsou také příkladem pro budování inteligentních měst.
Budoucím trendem zemědělství je udržitelné pěstování plodin s méně zdroji a bez použití chemických přípravků. Aby zemědělci mohli vyhovět těmto novým nárokům a požadavkům, musejí úzce spolupracovat s průmyslem, který jim dokáže poskytnout potřebné nástroje. Jak dobře může taková spolupráce fungovat, názorně předvádí FRAVEBOT – robot, který na brněnské rodinné farmě Ráječek monitoruje a sklízí jahody.
