Téma

15. června 2022

Miliony výpočtů v přetopených kancelářích jako cesta k ekologickému plynu

Kdyby nechal Petr Kloc výpočty běžet jen na jednom svém počítači, bude s prací hotový nejdřív za padesát let. | Autor: Jan Prokopius
V rozvodnách elektřiny koluje uzavřený v jističích plyn SF6 označovaný za svatý grál energetiky. Je netoxický, nehořlavý a má perfektní izolační schopnosti, čímž umožňuje přerušení elektrického proudu jako třeba při cvaknutí vypínače. Fyzici o něm od první poloviny 20. století, kdy se začal používat, mluví jen v superlativech. Ta se ale bohužel pojí i s negativy. Mezi skleníkovými plyny nemá, co se týče škodlivosti, konkurenci a významně poškozuje životní prostředí. Vědci včetně elektrotechniků z VUT se proto rozhodli najít jeho ekologičtější náhradu.

Petr Kloc mě vítá ve své kanceláři na Fakultě elektrotechniky a komunikačních technologií. Okamžitě mě udeří vlna tepla i přesto, že za oknem chodí lidé v kabátech a radiátory jsou vypnuté. Nabízí se zvědavá otázka, jestli tu na počítačích někdo netěží bitcoiny. „Běží na nich výpočty k našemu projektu,“ směje se fyzik, který se zapojil do evropského projektu pod taktovkou mezinárodní korporace General Electric.

Jak může nonstop běžící počítač pomoci životnímu prostředí? „Než se začne cokoliv testovat v reálu, třeba v našem případě izolační plyn v jističi, samozřejmě se zkouší na numerických modelech. A ty jsou tím lepší, čím přesnější jsou vstupní data,“ popisuje roli VUT v projektu Petr Kloc, který působí kromě Ústavu výkonové elektrotechniky a elektroniky i na pracovišti CVOOZE při FEKT VUT. Kancelářské stroje mají zadání spočítat, jak se za určitých teplot a tlaků chová plyn g3 Novec, který byl měl nahradit neekologický SF6, pokračuje výzkumník: „Zdá se, že by mohl být velmi dobrým kandidátem. Je netoxický, nehořlavý, má lepší izolační vlastnosti než SF6 a zhruba dvanáctkrát nižší ekologickou závadnost.“

Plyn se používá ve velkých jističích elektrických rozvoden. | Autor: Shutterstock
Rozvodny s vysokým napětím jsou v současnosti jediným místem, kde se může SF6 neboli fluorid sírový používat, a to jen proto, že za něj zatím neexistuje schválená náhrada. „Když potřebujete přerušit elektrický obvod, třeba když chcete zařízení vypnout vypínačem nebo dojde k poruše, dáte kontakty od sebe. Ve chvíli, kdy to ale uděláte, se mezi nimi objeví elektrický oblouk, který stále vede proud. Stejný oblouk se využívá například při sváření,“ vysvětluje Petr Kloc a dodává, že aby se tento elektrický oblouk přerušil, v případě rozvoden by bylo potřeba kontakty od sebe vzdálit třeba i na desítky metrů. Tak velké přístroje ale nikdo nechce, a to je právě chvíle pro diskutovaný plyn SF6, který se do vlastních přístrojů napouští. Jeho skvělé izolační vlastnosti totiž tento výboj uhasí a místo desetimetrové budovy stačí rázem dvoumetrová.

Problém nastal ve chvíli, kdy odborníci přišli se škálou škodlivosti skleníkových plynů. Zatímco CO2 označili jedničkou, SF6 si odnesl s hodnotou 23 500 první místo – a ne v dobrém slova smyslu. Převedeno do praxe takové číslo znamená, že kilogram SF6 má stejné dopady jako 23 tun CO2. A to není pro naši planetu rozhodně dobrá zpráva.

Plyn SF6 pomáhá zhášet nechtěné elektrické oblouky, které zůstanou i po vypnutí přístroje. | Autor: Shutterstock
Plyn g3 Novec, který zkoumají elektrotechnici na VUT, je lepší téměř ve všech ohledech. Problémy by mohly nastat při jeho použití v chladném klima, kdy má plyn tendenci kapalnět. V takovém případě by technici mohli při kontrole elektrické rozvodny třeba ve Finsku najít místo izolačního plynu na podlaze uvnitř přístroje louži, která žádný elektrický výboj neuhasí. „Proto se tento nový plyn Novec míchá s CO2. A o to jde v našem projektu – zjistit, jaké vlastnosti bude plyn mít v různých poměrech. Když dáte hodně Novecu, bude to dobré z hlediska elektrických vlastností, ale nebudete moci plyn používat v zimě, což řeší CO2, který má ale zase horší vlastnosti izolace,“ shrnuje Kloc a opět se obrací k obrazovce počítače.

Výsledkem práce Petra Kloce jsou sloupce čísel, které mají pro odborníky obrovskou hodnotu. | Autor: Jan Prokopius
Na té se ve sloupcích střídají hodnoty tlaku, teploty, ale také různé chemické prvky. Propočítat všechny možnosti není v lidských silách a ani pro počítače nejde o jednoduchý úkol, kombinací je totiž přes pět milionů a každá zabere pět až deset minut. Jedno průměrné výpočetní PC by bylo s takovou úlohou hotové přibližně za padesát let.

„Máme tu dvě počítačové učebny s šedesáti novými stroji a v létě, když nebyla výuka, jsem všechny zabral a pustil na nich výpočty. Stalo se mi ale jednou, že o víkendu mi jednu celou učebnu vypnula podpěťová ochrana. Čtrnáct dní výpočtů na třiceti počítačích bylo pryč. Musel jsem pak napsat program, který hlídal běh výpočtů a případně ho přeposlal na jiný počítač, a tím efektivně zapojil nevyužité stroje na naší fakultě,“ uzavírá Petr Kloc s tím, že přestože už General Electric představil první prototyp rozvodny plněné plynem g3, na FEKT stále ještě výpočty nějakou dobu poběží, aby byl obrázek o jeho vlastnostech kompletní.

(tk)

Témata

Související články:
Na elektrofakultě umí otestovat akustické vlastnosti. Třeba sluchátek
Na ÚSI testovali reflexní vesty. Některé nebyly ve tmě vůbec vidět
Hybridní pohony jsou u pracovních strojů novinka, říká spoluautor oceněné vyvážecí soupravy
Na elektrofakultě vyvíjejí aplikace pro vesmír
V laboratořích BDALab analyzují nemoci mozku