Podsieć Technologie Nadprzewodnikowe SUPTECH w ramach sieci Zrównoważone Systemy Energetyczne ENERGY FUTURE

Transkrypt

1 1 Podsieć Technologie Nadprzewodnikowe SUPTECH w ramach sieci Zrównoważone Systemy Energetyczne ENERGY FUTURE Koordynator sieci: dr inż. Tomasz Golec, CENERG, tomasz.golec@ien.com.pl Koordynator podsieci: prof. dr hab. inż. Tadeusz Janowski, ASPPECT, t.janowski@pollub.pl Sekretarz podsieci: dr inż. Paweł Surdacki, ASPPECT, p.surdacki@pollub.pl Jednostki uczestniczące w podsieci: 1) Centrum Doskonałości Technologii Nadprzewodnikowych i Plazmowych w Energetyce ASPPECT a) Politechnika Lubelska, Instytut Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii ul. Nadbystrzycka 38a, Lublin, tel./ fax: prof. dr hab. inż. Tadeusz Janowski (dyrektor Centrum) dr inż. Paweł Surdacki, dr inż. Dariusz Czerwiński, mgr inż. Michał Łanczont mgr inż. Joanna Kozieł. b) Instytut Elektrotechniki w Warszawie, Pracownia Technologii Nadprzewodnikowych prof. dr hab. inż. Tadeusz Janowski (kier. Pracowni), dr hab. inż. Sławomir Kozak, dr Henryk Malinowski, mgr inż. Grzegorz Wojtasiewicz, mgr inż. Beata Kondratowicz-Kucewicz, mgr inż. Janusz Kozak, mgr inż. Michał Majka. Badania dotyczące zastosowań urządzeń nadprzewodnikowych niskotemperaturowych (LTS) i wysokotemperaturowych (HTS) w energetyce i elektrotechnice. Zaprojektowane, zbudowane i przebadane zostały m. in. następujące urządzenia nadprzewodnikowe: modele nadprzewodnikowych (Nb-Ti - LTS) separatorów magnetycznych o wydajności m 3 /h przy jakości separacji przekraczającej 92 %, modele nadprzewodnikowych ograniczników prądu (SFCL) z nadprzewodników Bi-2223 i Bi-2212 o mocy w stanie rezystywnym do 8 kva, model nadprzewodnikowego zasobnika energii SMES o energii 7,3 kj z nadprzewodnika Bi-2223/Ag, elektromagnesy LTS i HTS o średnicach 0,1 0,35 m, wytwarzające pola magnetyczne o indukcji do 6 T, jednorodne i o gradiencie do 45 T/m, model 1-fazowego transformatora HTS z taśmy Bi-2223/Ag: 230 V/10 A. Specjalistyczne wyposażenie Centrum Doskonałości ASPPECT pozwala realizować badania obejmujące następujące zagadnienia: projektowanie i nawijanie elektromagnesów LTS i HTS o średnicach do 0,5 m. projektowanie i budowanie nadprzewodnikowych separatorów magnetycznych, nadprzewodnikowych ograniczników prądu i nadprzewodnikowych zasobników energii. projektowanie układów chłodzenia urządzeń nadprzewodnikowych. wyznaczanie charakterystyk napięciowo-prądowych materiałów, elementów i urządzeń nadprzewodnikowych o objętości do 50 dm 3 w temperaturach od 3,8 K, o prądach do 200 A, w próżni do 10-4 Pa. badanie urządzeń nadprzewodnikowych o objętości do 50 dm 3 w temperaturach od 3,8 K, o prądach do 200 A, w próżni do 10-4 Pa. pomiary pól magnetycznych w zakresie 0, T i temperatur w zakresie 3,8 300 K w próżni od 10-4 Pa do ciśnienia atmosferycznego. modelowanie numeryczne zjawisk związanych z pracą urządzeń nadprzewodnikowych FLUX-2D, FLUX-3D, PC-OPERA, OPERA-3D. W ciągu ostatnich 10 lat powstało około 120 publikacji naukowych, w tym kilkanaście z listy filadelfijskiej oraz kilkanaście z listy INSPEC. Wiele prac pracownicy prezentowali na konferencjach krajowych i międzynarodowych takich jak: Applied Superonductivity Conference w USA, EUCAS w Europie, Magnet Technology w Japonii i Europie oraz konferencji międzynarodowych odbywających się w Polsce takich jak:

2 2 SPETO, ELMECO i inne. Powstały także monografie na temat nadprzewodnikowych ograniczników prądu oraz modelowania numerycznego urządzeń nadprzewodnikowych. Centrum Doskonałości ASPPECT jest organizatorem corocznego Seminarium i Warsztatów Naukowych Zastosowania Nadprzewodników ZN. Pierwsze seminaria ZN-1 (Lublin, 1999 r.), ZN-2 (Lublin, 2000 r.) i ZN-3 (Nałęczów, 2001 r.) organizował Instytut Podstaw Elektrotechniki Politechniki Lubelskiej wraz z Instytutem Elektrotechniki w Warszawie, natomiast kolejne seminaria wraz z warsztatami naukowymi (ZN-4 Lublin-Nałęczów, ZN-5 Nałęczów, ZN-6 Kazimierz Dolny, ZN-7 Kazimierz Dolny-Lublin) zorganizowało Centrum Doskonałości ASPPECT. Od 2001 r. współorganizatorem jest także Oddział Lubelski PTETiS. Centrum współpracuje m.in. z następującymi ośrodkami: University of Cambridge (UK), Interdisciplinary Research Centre in Superconductivity prof. Bartłomiej A. Głowacki, University of Southampton (UK), Electrical Power Engineering Research Group prof. Jan K. Sykulski, University of Strathclyde, Glasgow (UK), Department of Physics prof. Gordon B. Donaldson, CERN, Geneva (Szajcaria) dr Andrzej Siemko, Instytut Badań Jądrowych, Dubna (Rosja) prof. Yurii Szyszov, prof. Vladimir Datskov. 2) Instytut Elektrotechniki w Warszawie, Zakład Wielkich Mocy Warszawa, ul. Pożaryskiego 28, tel , sosnow@iel.waw.pl doc. dr hab. Jacek Sosnowski, dr inż. Bożena Boreta. Prace teoretyczno-modelowe dotyczących wykorzystania nadprzewodników wysokotemperaturowych w elektrotechnice. Badania poświęcone analizie zjawisk elektromagnetycznych zachodzących w nadprzewodnikach wysokotemperaturowych - zagadnień prądu krytycznego i jego ograniczeń, sił zakotwiczenia, oddziaływania wirów z centrami zakotwiczenia, strat, stabilności, zamrożonego strumienia, magnetycznej lewitacji i in.. Modelowanie działania i prace badawcze nad konstrukcją modeli wysokotemperaturowych urządzeń nadprzewodnikowych ograniczników nadprzewodnikowych oraz ich elementów prace elektrotechnologiczne nad ekranami nadprzewodnikowymi. Promocja i popularyzacja tematyki wysokotemperaturowego nadprzewodnictwa stosowanego. 3) Akademia Górniczo Hutnicza, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki, Katedra Elektrotechniki, Al. Mickiewicza 30, Kraków prof. nadzw.agh dr hab. inż. Antoni Cieśla kierownik zespołu aciesla@agh.edu.pl mgr inż. Wojciech Kraszewski, mgr inż. Mikołaj Skowron, mgr inż. Przemysław Syrek Wzbudzanie silnych pól magnetycznych w cewkach z uzwojeniem nadprzewodnikowym. Aplikacja silnych pól magnetycznych do: o Separacji cząstek słabo magnetycznych i drobno rozdrobnionych, o Lewitacji magnetycznej, o Biostymulacji ziarniaków roślin. Zastosowanie wolnozmiennych pól magnetycznych w medycynie (leczenie złamań kostnych, badanie efektów biologicznych).

3 3 4) Politechnika Łódzka, Instytut Elektrotechniki Teoretycznej, Metrologii i Materiałoznawstwa, Zakład Materiałoznawstwa i Elektrotechnologii Zespół Badań i Technologii Materiałów Nadprzewodzących prof. dr hab. inż. Jan Leszczyński, dr inż. Jacek Rymaszewski jacekrym@matel.p.lodz.pl, dr inż. Marcin Lebioda, mgr inż. Ewa Korzeniewska Rozwój technologii wytwarzania średnio- (MTS) i wysokotemperaturowych (HTS) materiałów nadprzewodzących, w szczególności: o wytwarzanie masywnych nadprzewodników YBCO, BSCCO; o wytwarzanie taśm i drutów z MgB 2 ; badania podstawowe materiałów nadprzewodzących, w tym: o wyznaczanie i analiza charakterystyk temperaturowych; o wyznaczanie i analiza statycznych i dynamicznych charakterystyk prądowo-napięciowych; o badania magnetyczne; o badania strukturalne nadprzewodników; analiza i modelowanie zjawisk elektromagnetycznych i cieplnych w nadprzewodnikach, w tym: o analiza rozkładu pola magnetycznego w nadprzewodnikach polikrystalicznych; o analiza dynamiki ruchu strumienia magnetycznego w stanach przejściowych; o analiza zjawisk na granicy ośrodków: normalnie przewodzącego i nadprzewodzącego; badania aplikacyjne urządzeń nadprzewodnikowych. Zespół BTMN dysponuje laboratorium, wyposażonym m.in. w następujące urządzenia i przyrządy pomiarowe umożliwiające realizację powyższych zadań: wysokotemperaturowy piec rurowy; kriostat zalewowy (LN 2 ) (76K-400K); kriostat + kriochłodziarka helowa (8K-350K) o dużej mocy chłodzenia (4W przy 9K); programowane źródło prądowe (100A) sterowane napięciowo; komputerowe systemy rejestracji i przetwarzania danych pomiarowych, wyposażone w laboratoryjne karty pomiarowe, nanowoltomierz, gausomierz, oscyloskop cyfrowy; stanowisko komputerowe wyposażone w program FEMLAB służący do modelowania zjawisk fizycznych. 5) Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk, Laboratorium Technologii Nadprzewodników (NL-6) ul. Sokołowska 29/37, Warszawa, tel.: (0-22) , fax: (0-22) dr inż. Andrzej Morawski amor@unipress.waw.pl dr inż. Tomasz Łada, Tadeusz Mazur, Anna Kario, Michał Smaga Zespół zajmuje się technologiami wysokociśnieniowymi w zastosowaniu do wytwarzania materiałów nadprzewodnikowych oraz badaniami ich właściwości strukturalnych oraz nadprzewodnikowych i cieplnych (w kooperacji), zastosowaniem w praktyce gazowych technik wysokociśnieniowych do syntezy, prasowania na gorąco (hot pressing - HP, hot isostatic pressing - HIP) w warunkach wysokich ciśnień gazu (N 2, O 2, Ar, He) do ciśnienia 1,5 GPa i temperaturach do 1800 C. Dotychczasowe badania dotyczyły otrzymywania następujących materiałów: - nadprzewodzących azotków niobu i molibdenu, w tym zbadanie nowego diagramu fazowego; - syntezy materiałów HT c : tlenkowych YBCO, BSCCO, rodziny materiałów Hg i Tl, krystalizacja i otrzymywania monokryształów ww. nadprzewodników w równowagowych ciśnieniach par pierwiastków składowych, w tym w wysokim ciśnieniu par rtęci i tlenu; - otrzymywania nanoproszków materiałów MgB2 metodą in-situ i ex-situ z wykorzystaniem techniki mechanical alloying oraz wysokociśnieniowego ultradźwiękowego mieszania, czyszczenia i rozdrabniania aglomeratów proszków z następującą później syntezą (hot pressing, hipping) oraz wytwarzaniem kształtek i cienkich drutów nadprzewodzących. Zespół uczestniczy w programie badawczym UE 6-PR Hipermag.

4 4 6) Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych Polskiej Akademii Nauk, Oddział Niskich Temperatur i Nadprzewodnictwa; ul. Okólna 2, Wrocław, Tel , Fax: dr hab. Marian Ciszek ciszek@int.pan.wroc.pl, doc. dr hab. Andrzej Zaleski a.zaleski@int.pan.wroc.pl, dr Jan Mucha, doc. dr hab. Krzysztof Rogacki, mgr inż. Agnieszka Kondrat, mgr inż. Stanisław Trojanowski Charakteryzacja kompozytowych przewodów wielożyłowych na bazie nadprzewodników wysokotemperaturowych BSCCO-2223 oraz taśm warstwowych na bazie ceramik YBCO-123. Badanie mechanizmów energetycznych strat zmiennoprądowych (zewnętrzne zmienne pole magnetyczne i zmienny prąd transportu, o częstotliwościach technicznych) w tych przewodach. Badanie anizotropii magnetycznych taśm nadprzewodzących na straty energetyczne. Wpływ odkształceń mechanicznych na wartości prądów krytycznych oraz start energetycznych w tych kompozytach, oraz pomiary dylatometryczne w funkcji temperatury. Badanie zależności gęstości prądów krytycznych w silnych polach magnetycznych (m.in. pola impulsowe). Badanie innych parametrów charakteryzujących te materiały, takich jak np. namagnesowanie, magnetyczna podatność zmiennoprądowa, itp. Pomiary ciepła właściwego oraz przewodnictwa cieplnego kompozytowych przewodów z nadprzewodników wysokotemperaturowych w kontekście stabilizacji krioelektrotermicznej tych materiałów. 7) Politechnika Szczecińska Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki ul. Sikorskiego 37, Szczecin, Tel.: (091) , , dr hab. inż. Ryszard Pałka, prof. PSz r.palka@tu-bs.de, mgr inż. Łukasz Jazdowski Współpraca z Instytutem Maszyn Elektrycznych Uniwersytetu w Braunschweigu (prof. W.-R. Canders i dr H. May), który jest wiodącym ośrodkiem naukowym na świecie, zajmującym się konstrukcją łożysk nadprzewodzących. Lewitacja i łożyska nadprzewodnikowe wykorzystujące monolityczne nadprzewodniki wysokotemperaturowe. Modelowanie i zastosowania praktyczne masywnych nadprzewodników wysokotemperaturowych w maszynach i urządzeniach elektrycznych. Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki prowadzi badania naukowe dotyczące zastosowań masywnych nadprzewodników wysokotemperaturowych w maszynach i urządzeniach elektrycznych. Badania te dotyczą konstrukcji i optymalizacji łożysk nadprzewodzących rotacyjnych i liniowych, układów lewitacyjnych, a także zastosowań nadprzewodników wysokotemperaturowych w maszynach elektrycznych jako magnesy nadprzewodzące i ekrany. W Katedrze prowadzi się również prace teoretyczne związane z tworzeniem makroskopowych modeli matematycznych masywnych nadprzewodników wysokotemperaturowych. Katedra współpracuje ściśle z Instytutem Maszyn Elektrycznych, Uniwersytetu w Braunschweigu, 8) Politechnika Poznańska a) Instytut Fizyki, Zakład Spektroskopii Ciała Stałego, ul. Nieszawska 13A, Poznań tel , fax prof. dr hab. inż. Bronisław Susła (kierownik katedry) susla@phys.put.poznan.pl, dr Maciej Kamiński, dr inż. Marek Nowicki b) Instytut Elektronikii Telekomunikacji, Zakład Elektronicznych Systemów Pomiarowych, pl. Piotrowo 3a, Poznań, tel , , fax dr hab.inż. Wademar Nawrocki, prof. nadzw. PP (kierownik katedry), dr inż. Maciej Wawrzyniak. Kwantowanie przewodności elektrycznej w nanodrutach oraz badania nadprzewodników za pomocą technik STM/STS. Balistyczny transport elektronów występujący w kwantowych magnetycznych drutach nie jest w pełni wyjaśniony a rola struktury elektronowej ferromagnetycznych metali 3dn w kwantowaniu przewodności

5 5 elektrycznej jest aktualnie przedmiotem dyskusji. Właściwości badanego przewodnictwa w nanozłączach z elektrodą magnetyczną są konsekwencją złożonej struktury pasmowej i gęstości stanów elektronowych metali przejściowych, a tym samym właściwości funkcji falowych elektronów przewodnictwa oraz ich właściwości spinowych. Dlatego dla nanodrutów magnetycznych przewodność przybiera wartości mniejsze od pojedynczego kwantu G 0 = 2e 2 /h. Analizę przewodności jednowymiarowych drutów połączonych dwoma elektrodami przeprowadzamy stosując teorię Landauera z uwzględnieniem jednoelektrodowego tunelowania elektronów o zmiennym współczynniku przenikania T przez barierę potencjału. Ponadto określamy właściwości powierzchniowe nadprzewodników wysokotemperaturowych za pomocą skaningowej mikroskopii próbkującej. 9) Politechnika Śląska, Wydział Elektryczny, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki ul. Bolesława Krzywoustego Gliwice, tel. (032) ), fax. (032) dr hab. inż. Bogusław Grzesik, prof. Pol. Śl. (kierownik katedry) boguslaw.grzesik@polsl.pl dr inż. Mariusz Stępień, mgr inż. Krzysztof Bodzek, mgr inż. Radosław Jeż SMES kondycjonery energii z zasobnikiem energii w cewce nadprzewodnikowej (zrealizowany projekt w 5 Programie Ramowym energoelektronika i obliczenia MES). Maszyna synchroniczna ze wzbudzeniem nadprzewodnikowym HTS (realizowany projekt w 5 Programie Ramowym obliczenia MES) Transformator nadprzewodnikowy HTS z uzwojeniami o zmaksymalizowanym wykorzystaniu przewodu HTS, bazujący na specjalnych materiałach magnetycznych pracujący w ciekłym azocie. Analiza MES systemów elektrycznych, energoelektronicznych (problemy elektryczne, magnetyczne i cieplne, w tym systemów nadprzewodnikowych) Nowe materiały magnetyczne do elektrotechniki, energoelektroniki i elektroniki pracujące przy częstotliwościach rzędu MHz i przy temperaturach LN 2 Funkcjonowanie przyrządów półprzewodnikowych (diod i tranzystorów) w niskich temperaturach możliwość ich wykorzystania w przekształcaniu energoelektronicznym Energoelektronika szeroko pojęta i w tym energoelektronika wielkich częstotliwości (kilka MHz). Energoelektronika w zastosowaniu do systemów nadprzewodnikowych.