Jak ze 400 000 voltů vyrobit tisíc voltů pro ITER?

Evropská agentura pro ITER - F4E a ITER International Organization oslavily historický okamžik, když se staveniště největšího fúzního zařízení na světě - tokamaku ITER - připojilo k francouzskému operátorovi elektrické sítě RTE (Réseau de transport d'électricité) vysokonapěťovým vedením 400 kV. Do té doby elektřinu na staveniště dodávalo dočasné připojení na nedaleký Výzkumný ústav pro atomovou energii - francouzský CEA, které poskytovalo 15 000 V. Aby bylo dosaženo tohoto významného milníku, týmy techniků pracovaly téměř rok.

Zajímavá symbolika významného technického díla: otočení směru toku elektrické energie v čase! Dnes dodávka elektřiny ze sítě umožní využít plný potenciál, které zařízení ITER nabízí při testování jedinečných možností fúzní energie. Elektrická energie poteče ze sítě do zařízení, aby se připravilo na odpovědnost za dodávku elektřiny do energetické sítě v příštích desetiletích. Bude-li ITER úspěšný a na jeho základě vzniknou fúzní elektrárny, tok elektrické energie se obrátí: půjde ze zařízení do sítě.

Střídavá i pulzní elektřina

Po staveništi tokamaku ITER se potuluje elektrická energie ve dvou podobách. Jednak klasická střídavá síť 50 Hz pro napájení servisních zařízení, pro kterou potřebné napětí dodávají tři transformátory (čtvrtý je záložní) o výkonu 100 MW dodané z USA. Pod pojmem servisní zařízení rozumíme systém chladicí vody (40 %), kryogeniku (30 %) a tritiové hospodářství (10 %). Pulzní síť, což je světová premiéra, o výkonu 300 MW napájí mohutné pulzní transformátory z Číny. Hle, jak si ekonomičtí rivalové USA a Čína rozdělili funkce na jednom staveništi. Pulsed Power Electrical Network (PPEN) musí střídavých 400 kV transformovat na stejnosměrný 1 kV, který pak napájí všechny magnetické, povětšinou supravodivé, systémy.

Všimněte si jedné věci – zatímco největší tokamak na světě, evropský JET, ale i malý pražský tokamak COMPASS ke své pulzní činnosti využívají energie akumulované do roztočených setrvačníků (neboť běžná elektrická síť je pro jejich potřeby slabá), mnohokrát větší tokamak ITER čerpá elektrickou energii přímo ze sítě. Je to také proto, že JET a Compass mají cívky z mědi, zatímco ITER je bude mít ze supravodivého materiálu.

Transformátory

O přizpůsobení napětí 400 kV dodávaných společností RTE na staveniště se postarají transformátory dodané Čínou a USA, které sníží 400 kV na 22 kV a 66 kV. Převodníkové transformátory jsou každý určen k jednomu magnetickému systému (centrální solenoid, cívky toroidálního pole, cívky poloidálního pole, korekční cívky). Mají za úkol dále snížit napětí – přibližně na 1 kV. Přesná hodnota napětí je určena jednotlivým magnetickým systémem. Všech 44 převodníkových transformátorů je spárováno s velkými „usměrňovači“, které mění 1 kV střídavého napětí (AC) na napětí stejnosměrné (DC), podobně jako libovolný adaptér pro laptop mění 110 V nebo 220 V střídavého napětí (AC) na stejnosměrných 9 V, 12 V nebo 24 V. Čína odpovídá za dodání převodníkových transformátorů a usměrňovačů pro cívky poloidálního pole; Korea dodá totéž pro všechny další supravodivé magnety; Rusko pak 25 km svorkovnic (busbars), které spojují různé komponenty uvnitř Budov výkonových převodníků pro magnety. Hliníkové svorkovnice v tokamaku ITER např. mohou přenášet až 7 000 × více proudu než kabel vaší automatické pračky.

V červenci byl úspěšně vyzkoušen v Hyosung Factory korejského Changwonu první z dvanácti transformátorů požadovaný pro magnetický systém centrálního solenoidu spolu se soupravou svorkovnic pro střídavý proud spojující transformátor s odpovídajícím usměrňovačem. ITER ho dostane pravděpodobně začátkem roku 2018. Šest transformátorů centrálního solenoidu bude muset být na místě v okamžiku „prvního plazmatu“, zatímco šest dalších bude instalováno později.

Nezbývá, než si přát, aby se poblíž tokamaku co nejdříve objevily transformátory transformující nízké napětí na vysoké. V tom případě už bude termojaderná energie energii elektrickou dodávat.