Jalový výkon a tokamak

Provoz magnetických systémů tokamaku ITER vyžaduje stejný druh proudu, jaký dodávají baterie do baterek, přenosných počítačů a smartphonů. Tento proud, který teče pouze jedním směrem, se nazývá stejnosměrný proud (DC, direct current), na rozdíl od střídavého proudu (AC, alternate current), který napájí většinu spotřebičů a průmyslových strojů. Průběh střídavého proudu i napětí v čase může být reprezentován sinusovkou, a pro použití takového proudu je velmi důležité, aby tato sinusovka zůstala pravidelná. Problém u tokamaku ITER spočívá v tom, že usměrněním AC na DC se „znečišťuje“ střídavý proud a narušuje jeho distribuci. Proto je bezpodmínečně nutné, aby pro zachování kvality distribuce zajistili provozovatelé v celé síti vhodná „nápravná“ opatření pro zachování pravidelného sinusového průběhu střídavého proudu.

Co je jalový výkon

Pokud elektrický obvod obsahuje pouze čistě ohmickou impedanci, je celý výkon činný a koná práci. Jakákoli indukčnost či kapacita v obvodu je zdrojem jalového výkonu. Na rozdíl od „činného výkonu“, který rozsvěcuje lampy a roztáčí stroje, tento přízraku podobný proud neprovádí žádnou užitečnou práci - jednoduše se pohybuje tam a zpět v obvodu střídavého proudu. Jakákoli instalace konvertoru AC/DC má tendenci zesilovat jalový výkon v síti AC a vytvářet harmonické zkreslení v sinusové vlně. Pokud je jalový výkon způsoben indukčností (cívkou), pak se snižuje zařazením kapacitorů (kondenzátorů), pokud je jalový výkon způsobený kapacitou, snižuje ho indukčnost (zařazení cívky). Mluvíme o jednoduchém elektrickém obvodu se snadno identifikovatelnou příčinou jalového výkonu. Je ovšem jasné, že snižovat jalový výkon způsobený AC/DC převodníky pro ITER, kde výsledný DC výkon bude 500 MW, asi nebude nic jednoduchého. Zařízeni na kompenzaci jalového výkonu u tokamaku ITER je největší na světě.

Užitečná investice

Protože zařízení uvnitř budov přeměny energie magnetů ITER je mimořádně silné, zkreslení, pokud není kompenzováno, by velmi ovlivnilo místní distribuci střídavého proudu. A pokud jde o účty za elektřinu, je to také docela nákladné: náklady na přepravu zbytečného jalového výkonu by poskytovatel veřejné služby nakonec vyúčtoval zákazníkovi. Z tohoto pohledu není konstrukce účinného systému kompenzace jalového výkonu kupodivu jalovou, nýbrž užitečnou investicí.

Hektarové pole elektrických zařízení

V energeticky náročném těžkém průmyslu, jako jsou třeba ocelárny nebo loděnice, stačí budova střední velikosti, aby pojmula všechna potřebná zařízení pro „snížení harmonického zkreslení“ střídavého proudu. U tokamaku ITER, který vyžaduje stejnosměrný výkon až 500 MW, zabírá takové zařízení nejen velkou „budovu řízení jalového výkonu“, ale také ještě další hektarovou „oblast kompenzátorů jalového výkonu“. V tomto prostoru přeplněném kondenzátory, rezistory a senzory (to vše řízeno tyristory), probíhá složitý proces zaměřený na vyhlazení toku střídavého proudu jak pro instalaci ITER, tak pro bezprostřední okolí - konkrétně sousední výzkumné centrum CEA-Cadarache a vesnice nejblíže ke staveništi tokamaku ITER.

Kompenzace zkreslení v AC

Proces spočívá v kompenzaci jalového výkonu, který je generován ve střídavém proudu díky přítomnosti „zdrojů“, jako jsou střídače AC/DC v zařízeních přeměny energie pro magnety ITER. Systém kompenzace jalového výkonu v tokamaku ITER a filtrování harmonických patří k největším na světě. V budově řízení jalového výkonu, která skrývá devět třímetrových tyristorů, je instalace zařízení nyní dokončena na 80 procent; v oblasti kompenzátorů jalového výkonu překonala instalace hranici 75 procent. Za dodávku celého zařízení je odpovědná Čína a vyrábí ho společnost Rongxin Power Electronic Co. Ltd. (RXPE). Zařízení instaluje italské konsorcium Fincantieri SI a jeho partner SAET.