2021. november 13., szombat

 A NÉMET ENERGIAMIX FUKUSIMA UTÁN

Paks II. ellenzői nagy vehemenciával próbálják elhitetni a magyar közvéleménnyel, hogy Németország energiapolitikája követendő példa lehet Magyarország számára. A tények azonban mást mutatnak: a német energiamix átalakítása nem egy sikertörténet.

Megalapozatlan félelmek

Az atomenergia egész léte, felhasználása vagy mellőzése, születésétől kezdve erősen átpolitizált. 1945-ben a Hirosimára és Nagaszakira ledobott két bomba hírül adta a világnak az atomkorszak beköszöntét. Kétségkívül nagyon rossz bemutatkozás volt. Lélektani okokkal magyarázható, hogy némely emberek tudat alatt az atomenergia békés célú felhasználásával szemben is némi félelemmel vegyes ellenszenvvel viseltetnek, hiszen a nukleáris energia ember általi hasznosításának ügye a pusztítás rémképével terhelten született. Nem javított az atomenergia megítélésén az 1986 áprilisában Csernobilban bekövetkezett baleset, amely részévé vált a civiltársadalom hétköznapi szorongásainak, s az atomerőművek jövője Fukusima után több országban megkérdőjeleződött. A német kormány 2010-ben mennyiségi célokat tűzött ki a hosszú távon biztonságos, gazdaságos, környezet-és éghajlatbarát energiaellátás megvalósítása érdekében. Ennek keretében rögzítették, hogy az energiatermelés fokozása és a megújuló energiaforrások szerepének növelése kulcsfontosságú. A kormányzat akkor még azzal számolt, hogy az országban működő atomerőművek üzemidejét felújításokkal meghosszabbítják. Ezt a 2011. március 11.-én bekövetkezett fukusimai atomerőmű-baleset felülírta. A Merkel-kormány pár héttel Fukusima után a szakmai egyeztetéseket mellőzve, a választások előtti szavazatvadászat lázában égve, politikai túlélése érdekében úgy döntött, hogy 2022-ig az összes Németországban működő atomerőművet bezárja. Számos ország (Oroszország, Kína, India, Dél-Korea, USA, Finnország, Franciaország, Csehország, Magyarország, stb.) viszont továbbra is kiáll az atomerőművek alkalmazása mellett, abból a meggondolásból, hogy az általuk okozott többletkockázat még mindig kisebb, mint az a kár, amit az atomenergia elhagyása okozna.

Meztelen a császár

Németországot az utóbbi években a nap-és szélenergia-hasznosítás fellegváraként szokták emlegetni, de hamar kiderült, hogy az eufórikus hangulat fellegvára ingoványra épült. Főleg Paks II. politikai ellenzői (szakmai ellenzők nemigen vannak), bizonygatják az atomenergia teljes kiválthatóságát, a megújuló energiaforrások teljes körű egyenértékűségének igazolására.

A merész célkitűzések megvalósításához szükséges műszaki-technikai eszköztár bővítésére meghirdették az ún. „Kopernikusz-projekteket”, ezek lettek hivatottak biztosítani a szükséges innovációt. Négy területet határoztak meg e kutatási projektek számára:

- a villamosenergia-rendszer fejlesztése,

- a fölösleges energia tárolása más energiaformákba történő átalakítás által,

- az ipari folyamatok átszervezése az ingadozó energiaellátáshoz igazítva,

- az energiaszektorok közötti együttműködés javítása.

A „Kopernikusz-projektekben” való részvétel lehetősége mozgósította a tudományos és gazdasági élet szereplőit, mintegy 1000 szervezetet. Félreérthetetlen jelei vannak annak, hogy – a zöld energiák terjesztésére irányuló minden erőfeszítés mellett – a szén hasznosításának reneszánsza készül a világ több országában, mégpedig új alapokon, az ún. „tiszta szén” (cleancoal technology) környezetbarát technológiákkal. A környezetkímélő technikai fejlődés iránya mindenképpen az, hogy a szénből minél kevesebb kerüljön közvetlenül a kazánokba eltüzelésre, és minél több kémiai nemesítésre, ami voltaképpen a klasszikus szénalapú gázgyártás reinkarnációjaként fogható fel. Különféle tisztaszén technológiákkal működnek már erőművek a világban, Németországban is, mint pl. a Boxberg erőmű, amelynek két 500 MW-os blokkját 2012-ben újították fel és állították át BoA technológiára, eredetileg tehát volt realitása az Energiewerde koncepciójának, de a határidőket nagyon rövidre szabták. A tisztaszén technológiák még nem terjedtek el, ehhez még idő kell, valamint további három dolog: pénz, pénz, pénz. Angela Merkel a nevével fémjelzett ambiciózus energiapolitikával, amely elsöprő lakossági támogatást élvezett, történelmet írhatott volna, de eddig gyakorlatilag egyetlen célkitűzését sem sikerült teljesítenie. A megújulókra épített német energiaforradalom minden téren megbukott, de ezt nemigen merik kimondani, mert Németországban az energiaszektort ideológiai alapon irányítják, akárcsak magát az országot. A szituáció Andersen klasszikus, „A császár új ruhája” című meséjéhez fogható, melyben az udvaroncok és egyéb alattvalók egymást túllicitálva dicsérik a császár új ruháját, míg végül akad egy kisfiú, aki gyermeki naivitással kimondja az igazságot: „De hisz’ a császár meztelen!” A császár meztelen, de Németországban ezt még nem mondták ki. Ehelyett templomokat és településeket rombolnak le a megújulókra épített új energiapolitikai koncepció bevezetésének következményeként. Az atomerőművek bezárására hozott döntés, illetve a megújulók erőltetett támogatására épülő energiaszerkezet-váltás nem igazán lett sikeres. Az energiaszolgáltatás folyamatosságának kényszere azt eredményezte, hogy a szél-és naperőművek túlzott arányú rendszerbeállításából eredő műszaki problémák megoldására szénerőműveket kell a korábban tervezettnél nagyobb arányban igénybe venni, amelyek jellemzően a tervezett korszerűsítések vagy leállítások elhalasztásával történnek. Bár léteznek már különféle „tisztaszén” technológiák, ezek még nem elég kiforrottak és nem terjedtek el. A szénkészlet ettől függetlenül fogy, ezért jelentős új területeket kell bevonni a szénbányászatba, amely jellemzően külszíni fejtéssel történik. Hogy ez milyen rombolással jár, és hogy milyen más következményei vannak, arról az atomellenes lobbi hallgat, s a szénfelhasználás növekedése miatt a német zöldek sem hallatják a hangjukat. A német energiaszerkezet-átalakítás körül kialakult helyzet következtében növekszik az orosz gáztól való függőség. Ez barátságosabb politikai környezetben és önmagában nem lenne baj, a baj az, hogy a keleti piac bővülése miatt Oroszország Kína, Japán, és Dél-Korea felé fordul, Európa emiatt egyre kevésbé lesz fontos, továbbá az ukrán palagáz is bezavar a képbe. Az évi 27,5 milliárd m3 gáz szállítására képes Északi Áramlat 1 gázvezeték 2011 óta működik, és az 55 milliárd m3/év kapacitású Északi Áramlat 2 2018 márciusára Németországban minden engedélyt megkapott, de Ukrajna és Lengyelország, valamint számos nyugat-európai ország is, az EU kiszolgáltatottságára hivatkozva ellenzi az orosz kezdeményezésű földgázprojekt megvalósítását. Ukrajna és Lengyelország részéről az akadékoskodás hátterében az áll, hogy orosz gáz helyett más forrásból származó gázt szándékoznak értékesíteni Európában. Ez a forrás pedig nem más, mint a két ország alatt rejtőző palagáz.

Az orosz gáztól való függetlenedés és az ukrán palagáz

A történelemben megannyiszor megesett, hogy miközben politikáról, nemzetiségekről, szabadságról, demokráciáról, szónokolnak, valójában minden az olajról, földgázról, esetleg más ásványi kincsekről szól, mint pl. Afganisztán vagy Nigéria esetében. Amerikai nyomásra Európának le kellene válnia az orosz szénhidrogénekről, ők adnak annyi gázt, amennyi csak kell. Mi pedig eleinte azt hittük, hogy a saját palagázukról beszélnek. Aztán rá kellett rájönnünk, hogy az ukrán palagázról van szó, amely immár amerikai ellenőrzés alatt áll. Másrészt viszont a négy nagy szibériai gázvezeték-építési projekt befejezése után Oroszországnak kevésbé lesz szüksége az európai piacokra, mert keleten kisebb szállítási költségekkel, jobb áron találnak vevőt.

Az ukrán palagáz mennyiségét 5578 milliárd m3-re becsülik, ami óriási mennyiség, a kitermelés viszont nem igazán gazdaságos, és környezetszennyező. Ezért a palagázról Európa már lemondott, és Amerikának is van saját területén elég, de ugyanezen okokból az is problémás. A nyugati szénhidrogén-ipari monopóliumok azonban, miután kellő befolyást szereztek a térségben, semmibe veszik úgy az ukrán, mint az orosz népet, nem törődve a talajvíz és a környezet beszennyezésével, halálra ítélik az ökológiát. Ha a kitermelés drágább is, az ukrán palagáz nagyjából egy árban lehet az orosz földgázzal, mert közel van. Elmarad a több ezer km-re történő szállítás költsége. Az Egyesült Államok szándéka szerint Európának Ukrajnából kellene amerikai érdekeltségű cégek palagázát megvásárolnia, nem pedig földgázt az oroszoktól, ezért az amerikai politika az EU-Oroszország viszony megrontásán serényen dolgozik. Az orosz gázszállításoktól történő függetlenedésre játszva Ukrajna nagy reményeket fűz palagáz készleteihez, melyek a harmadik legnagyobbak Európában. A gáztartalmú palarétegek, melyek Svédországtól Lengyelországon át Ukrajnáig húzódnak a mélyben, reményt adnak erre. Az évtized elején az amerikai energetikai tájékoztatási hivatal 1,2 billió m3-re becsülte egy Lvov melletti palagáz-mező készletét, ami kb. 25 évre fedezné Ukrajna fogyasztását. A Donyeck, Harkov, és Luganszk megyék határán fekvő terület a 46 milliós ország legiparosodottabb régiója, ám a fejlett acélipar és hadiipar mellett sokkal fontosabb lehet a kb. 8000 km2 kiterjedésű Juzivszka palagáz-mező, mely akár 4 billió m3 gázt is rejthet. 2014 májusában a Shell csoport ideiglenesen felfüggesztette a kutatást, mert munkaterületük abba a kelet-ukrajnai válságövezetbe esik, ahol a Szlovjanszk nevű 120 ezer lakosú város található, melynek birtoklásáért elkeseredett harcok folytak az ukrán kormányerők és az Oroszországhoz húzó szakadárok között. Nem volt könnyű dolga a Chevronnak, elsősorban a helyi politikusok ellenállása miatt, így csak 2013. november 5.-én sikerült aláírniuk az 50 évre szóló szerződést a Naftogazzal Kijevben, az Olesszka palagázmezőn végzendő kitermelés megosztásáról a nyugat-ukrajnai Lviv, illetve Ivano-Frankivszk megyékben. A lelőhelyek területein tapasztalt mozgolódást, fegyveres összecsapást, sőt a Krím Oroszországhoz való visszatérését a nagyobb ívű politikai célok és etnikai konfliktusok mellett elsősorban a szénhidrogén készletek, illetve az ehhez köthető piacok és infrastruktúra birtoklására való törekvés motiválja. Amikor Ukrajnába érkezett Joe Biden amerikai (akkor még) alelnök, másnap megkezdődött a délkeleti hadművelet. Néhány nap múlva pedig fia, Robert Hunter Biden bekerült a Burisma Holdings, a legnagyobb ukrán olaj-és gázipari magánvállalat igazgatótanácsába, melynek központja Szlovjanszkban van. Ily módon amerikai kézbe került az orosz határ mentén húzódó hatalmas palagázmező. Nem véletlen, hogy a legelkeseredettebb harcok a palagáz-mező közepén fekvő Szlovjanszk városáért folytak, mely az úgymond szeparatisták egyik központja, s amely első célpontja volt a Kijev által indított „terrorelhárító” akciónak. A palagáz-mezőn fekszik Konsztantyinovka nevű település is, melynek rendőrségét és városháza épületét fegyveresek elfoglalták. Kijev azt követően döntött a kelet-ukrajnai „terrorellenes” hadműveletről, hogy Joe Biden tárgyalásokat folytatott az ukrán fővárosban, ahol többek között azt is megvitatták, hogyan nyújthatna az USA műszaki szakértői segítséget Ukrajnának a palagáz-kitermelés felpörgetéséhez. Nemigen marad tehát kétség afelől, hogy Kijev elsősorban a palagáz-tartalékok birtoklásáért háborúzik Kelet-Ukrajnában. Ezek német számítások szerint 5578 milliárd m3 körüliek. (Az USA palagáz tartalékait 8976 milliárd m3-re becsülik.) Ukrajna palagáz tartalékai tehát 50 évre szóló koncessziók révén angol-holland, de főleg amerikai kézben vannak, ami tökéletesen megmagyarázza az Egyesült Államok Ukrajna melletti kiállását.

Barnaszénőrület Észak-Rajna-Vesztfáliában

Angela Merkel a Nord Stream 2-t, illetve az orosz gáztól való függőség növekedését – az atomenergia ügyétől eltérően nagyon racionálisan – tisztán gazdasági projektnek tekinti, amely nem jelent fenyegetést sem Németország sem az Európai Unió energiabiztonságára. A belpolitikailag motivált energiaszerkezet-átalakítási terv teljesítésének kényszere viszont barnaszén őrületbe hajszolta Németországot. A szén a XIX. század energiaforrása volt, de ez már a XXI. század! Az első határozat már 2000-ben megszületett a nukleáris ipar fokozatos leépítéséről, 2002-ben jogszabályba foglalták, 2011-ben pedig az EU Megújuló Energiák Direktívája mentén további döntéseket hoztak. Ez az intézkedéscsomag az Energiewende (energiafordulat) nevet kapta, amelynek három sarkalatos pontja van: a) 2050-re 80-95%-al csökkentik az üvegházhatású gázok kibocsátását. b) 2050-re az energiatermelés 80%-át megújuló energiaforrásokból nyerik. c) 2022-re a teljes nukleáris kapacitást leszerelik.

Hét évvel az Energiewende program indítása után az ország továbbra is jóval több üvegházhatású gázt bocsát a levegőbe a tervezettnél, a villamosenergia drága, ráadásul az átállás költségei tovább emelkednek. A termelésből kivett atomerőművek termelését ugyanis a hőerőművek kénytelenek átvenni, amelyek többsége egyelőre hagyományos hőerőmű. Jelenleg a dánok után a német fogyasztók fizetik a legtöbbet a villamosenergiáért Európában. Németország vállalta, hogy 2020-ig szén-dioxid kibocsátását 40%-al csökkenti az 1990-es értékhez képest. Ezzel szemben 2015-ben alig több, mint 25%-os csökkenésnél tartottak, s az emisszió 2017-ben kis mértékben még nőtt is. A megújuló energiaforrások fejlesztésére fordított súlyos euró tízmilliárdok ellenére a CO2 kibocsátás 2014 óta stagnál, dacolva az optimista tervekkel. 140 fosszilis alapú erőmű működik ma Németországban, ezek közül 6-ot az EU tíz legnagyobb CO2 kibocsátójaként tartanak számon, ezek összteljesítménye 17.188 MW. A német energiaforradalom bevezettetett, a költségekről azonban mostanáig kevés szó esett. Az átgondolatlan energiapolitika (és a bevándorlás-politika), amely ma Németországot sújtja, könnyítés helyett terheket ró a német lakosságra az energiaárak és az életminőség romlása terén. Az Energiewende becsült költségei már 2015-ben elérték a 180 milliárd eurót, ez az összeg 2025-re 520 milliárd euróra emelkedhet – állapítja meg egy tanulmány, amely a fosszilis energiahordozók növekvő felhasználásához köthető társadalmi, egészségügyi, és környezetvédelmi költségeket nem is vizsgálta. 2010 és 2023 között az ipari nagyfogyasztók számára 41%-al nő a villamosenergia ára, 2030-ig az átállás tényleges költségei elképesztőek lesznek, amely áthatja majd a német gazdaság teljes spektrumát. A problémák egyik legfőbb oka, hogy az alkalmazott eszközök nem illeszkednek a célrendszerbe - hangsúlyozza a Prognos Intézet dpa hírügynöksége által ismertetett tanulmánya. A hatékonytalan eszközökre a legjobb példát a német fogyasztók által a megújulók támogatására 2016-ban kifizetett, összesen 24,2 milliárd eurós tétel jelenti. Ezt a pénzösszeget valahonnan elő kellett teremteni, így ez a legfontosabb tényezője annak, hogy a németországi villamosenergia árak nemzetközi összevetésben magasak. A megújuló energiaforrások bővülése lényegesen meghaladta a célzott pályát, ami infrastruktúrális kihívásokhoz vezetett. A trendben 2016-ban kis irányváltozás állt be, a növekedés üteme lelassult a korábbi évekhez képest. Teljesítményhiány az atomerőművek leállítása ellenére sem állt be, mivel a kiesett teljesítménynek megfelelő villamosenergiát a környező országokból jelentős mennyiségű, (atomerőművekben termelt) árammal pótolta Németország, saját termelésében pedig újra megnőtt a lignit szerepe. A hálózatba újonnan belépő szél és naperőművek hálózatbővítést tettek szükségessé, amelyek csúsznak a tervekhez képest, de az ellátásbiztonság továbbra is garantált. A német szövetségi kormány célkitűzése az volt, hogy 2010 és 2020 között az ország primerenergia és villamosenergia felhasználása egyaránt csökkenjen, de a tényadatok azt mutatják, hogy 2015 óta az energiafelhasználás újra nő. Ennek oka, hogy az energiahatékonyság (az energiafelhasználás bruttó hazai termékhez viszonyított aránya) a betervezett javulással szemben csökkent.

Áldozatok az Energiewende oltárán

A 136 falu között, amelyet 2015-ig leromboltak, számos vend település volt. Pótolhatatlan kulturális és történelmi emlék veszett oda örökre, annak ellenére, hogy a vend települések az alkotmány védelme alatt állnak. A vendek Németország és Lengyelország határvidékén élnek, összesen mintegy 60 ezren. Az Energiewende (energiafordulat) nyomán számtalan vend-ház megy az enyészetbe a barnaszén miatt. Christian Penk saját kulturális örökségét – az épített és a természet alkotta tájat – akkurátusan dokumentálja, mielőtt szülőföldjét holdbéli tájjá változtatja a bányászat. Ezerhétszáz embert akarnak kitelepíteni, akik többsége nem akar elmenni. A kis erdei temetőben, amely mélyen gyökerezik a vend történelemben, Christian a nagyanyja sírját gondozza. A holtak alatt vastag rétegekben áll a még mindig kincset érő barnaszén. Három barnaszén erőmű vesz körül minket – mondja Christian – és noha legértékesebb dolog az egészség, a környéken sokaknak rákja van. Hornow községet letúrták a föld színéről és máshol építették fel, de a környékbeliek mindössze nyolc templomot láttak felépülni abból a huszonkilencből, amelyet a barnaszén miatt bontottak le. A külszíni fejtések és az erőművek egy svéd állami tulajdonú cég, a Vattenfall tulajdonában állnak, mely tervezi, hogy előbb-utóbb kiszáll a barnaszén üzletből, és eladja az itteni érdekeltségeit, de egy darabig még szüksége van a német barnaszénre. Thoralf  Schirmer, a cég menedzsere rávilágít azokra az alapvető kérdésekre, amelyekre, jelenleg szerinte sincs megnyugtató válasz: ki fog villamosenergiát termelni akkor, amikor nincs szél és nem süt a nap, és hogyan fogják tárolni a megújulókkal termelt energiát? A Vattenfall úgy látja, hogy a barnaszén-kitermelés 2020 után is folytatódni fog, akár 2050-ig. 2015 tavaszán nyilvánosságra került egy klímaadó terve, de a fosszilis energiatermelők blokkolták a kezdeményezést. A klímaszakértők ki vannak akadva, egy törvényjavaslat pedig leállítana néhány barnaszén erőművet bőséges kompenzációért cserébe. Németországban nem csak a megújuló, de a szén-és fémlobby is nagyon erős, lehet, hogy a kormány és az iparág közötti megállapodás rejtett állami támogatást tartalmaz, ami viszont Uniós jogot is sértene. A szénmező Lengyelország alá átnyúló részén is a bányászat felfutásával számolnak, a hatóságok ezért ingatlanfejlesztésre, pl. régi kastélyok felújítására nem adnak engedélyt. Az erdők, termőföldek, kulturális örökség elvesztése, a visszamaradó tájsebek ügye nehéz probléma, ugyanakkor minden pillanatban szükség van energiára. Akármelyik ujjamat harapom, mindegyik fáj.

Az egyre terjeszkedő külszíni fejtések a művelésre alkalmas földterület egyre nagyobb hányadát nyelik el. Immerath egy 1500 lelket számláló falu Aachen és Düsseldorf  között, s pechére az RWE Power AG barnaszén telepeinek közepén helyezkedik el. Az impozáns Szent Lambertus plébániatemplom a falu összes épületével együtt az RWE tulajdona, amelyek mind lebontásra kerülnek, hogy megnyithassák a Garzweiler 2 külszíni művelésű bányát az alattuk húzódó lignittelepekért. Otzenrath volt az utolsó falu, amelyet megölt a Garzweiler 1 külszíni fejtés, és most megnyitják a Garzweiler 2-t, amely elnyeli Immerathot és hét másik falut. A három legnagyobb lignitbánya Észak-Rajna-Vesztfáliában a Garzweiler, a Hambach, és az Inden. Együttes területük több mint 700 hektár, és mélységük akár 370 méter is lehet, mint pl. a Hambach-bánya. Az RWE Power évtizedekig gazdasági paradicsomban élt, de a 2013-as pénzügyi évet 2,8 milliárd euró nettó veszteséggel zárta. A felújításra érett hagyományos erőművi blokkok 30-35% hatásfokkal működnek, a tisztaszén technológiával működők, amelyekből mindössze néhány van, elérik a 42-45%-ot. A nettó hatásfokon sokat ront, hogy a vizet a bányagödörből folyamatosan szivattyúzni kell. Az sem biztos, hogy az alacsony fűtőértékű lignit rossz hatásfokú eltüzelése egy teljes folyamatra kiterjedő energiamérleg elkészítése után pozitív eredményt ad. A terület helyreállításának kérdésével ugyanis egyáltalán nem foglalkoznak, így aztán nincs is bekalkulálva sem az energiamérlegbe, sem a gazdasági számításokba. Németország legnagyobb villamosenergia-társasága a legszennyezőbb cégnek számít az országban, mivel 28 millió tonna CO2-t bocsát a levegőbe évente.

A Garzweiler 2 bányaterület tervezett terjeszkedése 2006 és 2044 között Észak-Rajna-Vesztfáliában. A szürkével jelölt területen fekvő települések mind eltűnnek, helyükön csak egy gigantikus gödör marad, ilyen a barnával jelölt terület.

Immerath neoromán stílusú, St. Lambertusnak szentelt műemlék-templomát 2018. január 9.-én éjszaka ledózerolták, hogy a helyén szénbányát nyissanak.

         Az immerathi kőhalom, amikor még templom volt.

A Vattenfall Europe AG szénerőmű hűtőtornyai Jeenschwaldében. (AFP/Patrick Pleul)

A villamosenergia-rendszer speciális problémái

Az atomerőművek leállítása után is elegendő beépített teljesítmény marad a német villamosenergia-rendszerben, de az ellátásbiztonság szinten tartásához ez önmagában nem elég. A megújuló energiaforrások nagy mennyiségben történő hálózatra kapcsolása felvetett bizonyos speciális problémákat, amelyeket a rendszerirányítók előre láttak, és új kihívások elé állították magát a villamosenergia-rendszert, amire az nem volt felkészülve. Olyan problémákról van szó, amelyek legtöbbjét csak a hálózat üzemeltető szakemberek ismerik. Ezek egy része abból ered, hogy a villamosenergia-termelés és fogyasztás egyes tényezői térben és időben elkülönülten jelennek meg. A villamos energiának minden előnye mellett van egy kellemetlen tulajdonsága: energetikai méretekben nem (vagy nagyon körülményesen és rossz hatásfokkal) tárolható. Ezért minden pillanatban annyit kell termelni, amennyi a fogyasztás. A nagy rendszerek egyelőre világszerte így működnek. Bár a közelmúltban a szuperkondenzátorok megalkotásának köszönhetően megjelentek az ún. Hybrid Energy Storage System (HESS) energiatárolók, amelyek felül fogják írni ezt a tézist, ehhez azonban még idő kell. A villamosenergia-rendszerekben hagyományosan egy irányban, az átviteli hálózatból áramlik az energia az elosztóhálózat felé, de az Energiewende bevezetésével az energiaforgalom kétirányúvá válik a feszültségszintek között. Az ún. alaperőművek, a megújuló energiaforrások, és fogyasztók között oda-vissza ingázó teljesítményforgalom keletkezik, amely több száz kilométeren át terheli a hálózatot és veszteséget okoz. Ezek az ingázó teljesítményáramlások egyrészt a főelosztó hálózaton belül, másrészt a feszültségszintek között, a főelosztó hálózat és a középfeszültségű hálózat között jelentkeznek.

Közismert, hogy a naptelepek és szélerőművek által termelt villamos áram erősen időjárásfüggő, ugyanakkor egyáltalán nem igazodik a fogyasztói igényekhez. A napsütéses órákban, ami eleve napszakhoz kötött, rendkívül sok áramot termelnek, többet, mint amennyire szükség lenne, majd hirtelen zuhanásba megy át a termelés. A szélerőművek termelése nem függ a napszaktól, de függ a mindenkori szélerősségtől. A német villamosenergia-rendszerben már 2017-ben 38% volt a megújulók aránya, ami már most is „túltermelési válságot” okoz, de 2050-re 80%-ot akarnak elérni. A napsütéses órákban le kell állítani a hagyományos hőerőműveket, az újraindításhoz viszont sokkal több energiára van szükség, vagyis (amit minden energetikus előre tudott) a szakaszos üzem nem gazdaságos. Mivel a szél-és naperőművek egy része kisebb helyi hálózatokat is táplál (ún. szigetüzemben), ez megnehezíti a rendszerirányítók számára a tényleges energiaigények meghatározását. Ők adnak utasítást az egyes erőművek felé, hogy mikor kell leállniuk, újra indulniuk, és hogy mennyi áramot tápláljanak a hálózatba.

A problémák további része igen speciális, ezért nem közérthető, de némi magyarázattal mégis belátható. A rendszernek bizonyos üzemállapotok esetén szüksége van megfelelő mennyiségű beépített teljesítménytartalékra, például hirtelen fellépő terhelésváltozások, üzemzavarok, karbantartások esetén, amit nagy rendszerek létrehozásával sokkal gazdaságosabban lehet biztosítani, mint kisebb rendszerek üzemben tartásával. Ilyen üzemállapotok például a nehéziparban alkalmazott több megawatt teljesítményű motorok indításakor, vagy a vasúti vontatásban vonatok indításakor fellépő hirtelen megugró jelentős többletteljesítmény igény. Ez utóbbi esetet nehezíti, hogy az elterjedt 25 kV-os váltakozóáramú vontatási rendszer klasszikus kiépítésben fázisonként külön-külön, aszimmetrikusan terheli a 120 kV-os hálózatot, ami feszültségaszimmetriát okoz és a rendszer stabilitását is károsan befolyásolja. A főelosztó-hálózaton fellépő feszültségtorzulást jelentős teljesítménytartalék készenlétben tartásával, vagy Scott transzformátorok alkalmazásával lehet kordában tartani. A szélgenerátorok és naptelepek számának elszaporodása a nagyrendszerekben ún. rendszerinercia-csökkenést okoz, ami a hőerőművek generátorainak forgó tömegéből származó mozgási energia hiányát jelenti. Normál esetben a generátorok 3000/perc fordulatszámmal pörgő többszáz tonnás generátorainak forgórészei tárolják azt a mechanikai és mágneses energiát, amely a lökésszerűen jelentkező teljestményigény kiegyenlítéséhez szükséges. A szélgenerátoroknak és a naptelepeknek viszont nincsenek 3000/perc fordulattal pörgő többszáz tonnás forgórészei, ezért nem tudják a szükséges teljesítménytartalékot biztosítani, ennek következménye pedig a hirtelen terhelésváltozáskor beálló feszültség ingadozás. A rendszerinercia hiánya, valamint a betáplálási pontok decentralizálása, vagyis az, hogy sok kis szél-és naperőművet kapcsolnak a hálózatra, komoly átalakításokat, ill. fejlesztéseket tesz szükségessé a villamosenergia rendszer védelmeinek és automatikáinak helyes működése érdekében. A rendszer működéséhez megfelelő mennyiségű forgótömeg állandó üzemben tartására van szükség, ami hagyományos generátorokat jelent, amelyeket gőz vagy gázturbinák hajtanak. Ez a követelmény pedig visszavezet bennünket az atomerőművekhez, mert a minimális rendszerinerciát gazdaságosabb atomerőművekkel, mint bármi mással, akár tisztaszén technológával működő szénerőművekkel fenntartani. Az emberek általában a téli áramszünettől félnek, de a megváltozott üzemviszonyok mellett ennek Németországban nyáron nagyobb a kockázata.

A megújuló energiaforrások erőltetett ütemű rendszerbeállítása óriási kihívást jelentett a rendszer üzemeltetői számára. 2011 márciusában egyik napról a másikra nyolc atomerőművi blokk leállításáról döntött a német kormány, ezzel 8218 MW összteljesítményt vettek ki a rendszerből. Az összes német atomerőmű 2022-ig történő leállításával további 12068 MW tűnik el a rendszerükből. Ezen belül is nagy gondot jelent, hogy 4000 MW esik ki a délnémet területeken, ahol az ipari nagyfogyasztók többsége található. Németország különleges helyzetben van a rendszerirányítás szempontjából annyiban, hogy nem egy, hanem négy átviteli rendszerirányító (Transmission System Operator – TSO) végzi a német villamosenergia-rendszer irányítását szoros együttműködésben, és figyeli a környező országok hálózatán bekövetkező eseményeket. A TSO-k végzik saját területükön a 380/220 kV-os alaphálózat rendszerirányítását, ami magában foglalja a teljesítmény-és frekvenciaszabályozást, az üzemzavarok és terhelési szűk keresztmetszetek kezelését, valamint a szélerőművek termelésének a hálózatba való beillesztését. Országos szinten pedig a terhelés mennyiségi szabályozásán és frekvencia szabályozásán kívül a nemzetközi kooperációk koordinálását. A rendszerirányítók szempontjából nagyon kedvezőtlen, hogy a megújulók legtöbbje a hurkolt hálózati struktúrából leágazó elosztóhálózaton helyezkedik el. A szélparkok jellemzően a 110 kVos főelosztó, vagy a középfeszültségű hálózatra táplálnak, míg a naptelepek a háztartásokat tápláló 0,4 kV-os hálózatra. Ilyen hálózatszerkezet mellett a rendszerirányítóknak semmilyen rálátásuk nincs a napelemes megújuló energiaforrásokra. Külön problémakört jelent a szélparkok telepítési helyének meghatározása, amelyek jellemzően az ország északi és észak-keleti részén helyezkednek el, míg a naptelepek az ország déli részén. Ennek következtében az ország északi és déli területei között a napszaktól, évszaktól, időjárástól függően jelentős oda-vissza ingázó energiaforgalom keletkezik. Ugyancsak jelentős ingázó energiaforgalom jön létre a középfeszültségű átviteli-hálózat és a kisfeszültségű elosztóhálózat között, amelyre a rendszer eredeti funkciója szerint nem lett felkészítve. Az évszakonkénti ingadozás abban áll, hogy a szélerőművek télen, november és február között termelnek a legtöbbet, a napelemek pedig nyáron. Németország napi csúcsterhelése 85 GW (2012-es adat). 2014 óta a naptelepek névleges teljesítménye meghaladja a szélerőművekét (37.013 MW, illetve 36.488 MW), együttesen a 72 GW-ot, ténylegesen megtermelt energiával mégsem képesek megközelíteni a teljesítményigényeket. Érdekes összefüggés a termelési adatok között, hogy a szélerőművekben megtermelt villamos energia mennyisége nem növekszik arányosan a beépített teljesítménnyel, hanem lényegesen elmarad attól. Napelemekkel kapcsolatban ez a probléma nem áll fenn.

A sikerpropagandában gyakran megjelenik egy 2013-as németországi adat, amikor 35.768 MW-al csúcsot döntöttek a megújulók, ami 56%-os részarányt jelent, de ugyanebben az évben mérték a legalacsonyabb termelést is, 148 MW-ot, ami a szélerőművek 0,4%-os kihasználásának felel meg. Az emberek pedig nem gondolnak arra, hogy a villamosenergia-ellátás folyamatosságát akkor is biztosítani kellett és kell a jövőben is, amikor a megújulók gyakorlatilag semmit sem termelnek, valamint a hálózat karbantartások és üzemzavarok esetén is. A szél-és naperőművek teljesítményingadozásai és a mindenkori fogyasztói teljesítményigény közötti különbséget minden pillanatban ki kell pótolni, ami jellemzően szénerőművekből történik, és ezen felül gyakran szorul Németország villamosenergia importra a környező országok felől, amit megint csak szén-vagy atomerőművek termelnek meg. Ennek az energiadeficitnek a szintje a megújulók növekvő részarányának következtében egyre magasabbra kerül. Évente több száz órán át 0% körüli a megújulók által betáplált teljesítmény, 2014-től pedig vannak olyan napok, amikor a deficit meghaladja az 50%-ot. Németországnak 6,4 GW szivattyús-tározós erőmű kapacitása is van (ez megfelel Magyarország csúcsidei terhelésének), de a 86,4 GW-os rendszer kiszabályozásához ez kevés. Lokálisan, átmeneti terhelésátvételre viszont alkalmasak. Hazai erőművekkel egyre nehezebb kiszabályozni az ingadozást, mert azok minimális terhelése nem fér be a hazai villamosenergia-ár alá. Előfordul 0-60%-ig terjedő részarány, és ilyen széles szabályozási tartományban nagyon nehéz lépést tartani a pillanatnyi teljesítmény igényekkel, és emellett gazdaságosan üzemelni. Láttuk, hogy a megújulók belépése jelentős hatást gyakorolt a hagyományos termelésre, s az Energiewende emellett korábban ismeretlen piaci viszonyokat hozott létre. A jelenség szemléltetésére nézzük például a megújulók termelését és a piaci árak alakulását egy átlagos németországi nyári hétvégén, amikor a napi csúcsterhelés 60-65 GW körül van. Reggel a megújulók viszonylag hirtelen teljesítményugrással belépnek a termelésbe, majd délután hasonlóan gyors ütemben csökken az általuk betáplált teljesítmény. A napi csúcs idején 50% körüli a megújulók aránya, de a konvenciális termelés közel állandó marad, ezért a piaci árak hirtelen letörnek, és egy-két óra alatt akár -100 euro/MWh villamosenergia ár is kialakulhat. A negatív ár azért jön létre, mert teljesítményfelesleg, azaz exportra termelés alakul ki, de a környező országok nem képesek az összes fölös energiát átvenni, mert ők is saját lekötött csúcsidei telesítménnyel rendelkeznek. A fölösleges németországi teljesítményt tehát a szomszédos országok rendszerei sem tudják átvenni, mert éppen akkor a szomszédok hálózatában is energiadömping van. Így létrejön a negatív ár, ami egyet jelent azzal, hogy a termelő fizet azért, hogy elvigyék tőle az áramot. Délután, amikor a megújulók kilépnek a rendszerből, hirtelen föl kell futtatni a konvencionális termelést, az export pedig importba fordul. A piaci ár 10-20, majd 45 euro/MWh körüli értékre emelkedik, mert az ország erőművei nem mindig tudnak lépést tartani az egy-két óra alatt lefutó teljesítményváltozással.

A rendszerirányító szempontjából nézve sokkal szorosabb együttműködésre van szükség az átviteli és az elosztó hálózatok között. Ennek akadálya jelenleg, hogy az átviteli hálózatoktól az elosztó hálózatok felé haladva egyre csökken az automatizáltság színvonala, ami igencsak megnehezíti a fordított energiaáramlás kezelését. A megújuló energiaforrások – szélerőművek és naptelepek – egymástól nagyon távol eső egységeinek a térbeli elkülönülés okozta jelentős teljesítményáramlások kezelésére a jövőben megoldást kell találni. Jó megoldásnak látszik egyrészt az északi szélparkokat egyetlen azonos feszültségszintű hálózatba összefogni, a déli naptelepeket úgyszintén, majd ezeket a kvázi gyűjtősínként funkcionáló alrendszereket nagyfeszültségű egyenáramú távvezetékkel összekötni. Másrészt pedig a HESS energiatárolók megjelenése alapvetően megváltoztatja az egész villamosenergia-rendszer működését, s a tárolt energiával működő hálózatok jövőjét vetíti elénk, hogy Németországban az áramszolgáltatók immár korlátozzák a hálózatba visszatáplálható energia mennyiségét. Európában a pillanatnyi energiafeleslegből származó problémák megoldásaként terjedni kezdtek az energiatárolók (középfeszültségen a HESS, kisfeszültségen a lendkerék), amelyeket kifejezetten a hálózatra kapcsolt napelemekhez fejlesztettek ki. A villamosenergia tárolhatóvá válása forradalmian átalakítja a villamosenergia-szolgáltatás rendszerét, mélyreható következményekkel jár az egész gazdaságra, utat mutat új gazdasági modellek felé. Ehhez mindössze három dolog kell: pénz, pénz, pénz.

A zéró emisszió dogmája és a zöldek

Az ún. Green Deal (Zöld Üzlet) projekt keretében Európa az évszázad közepére szeretné elérni a széndioxid semlegességet. Ez azonban nem fog menni bizonyos alapelvek legalább átmeneti feladása nélkül. Az EU végrehajtó szervének 2022. január 01.-én közzétett közleménye szerint a túlnyomórészt megújulókra támaszkodó jövőbe történő átmenet megkönnyítése érdekében a földgáznak és az atomenergiának is szerepe kell, hogy legyen. Ennek megfelelően a földgáz és atomerőmű projektek egy részét ideiglenesen fenntarthatónak kell minősíteni. Az Európai Bizottság meghatározott időre zöld címkét kíván adni azoknak a gázprojekteknek, amelyek kiváltják a szenet, és széndioxid kibocsátásuk nem több mint 270 gramm /kWh. Az e kritériumnak megfelelő erőműveknek 2030-ig be kell szerezniük az építési engedélyt és 2035 végéig át kell térni megújulókra, vagy alacsony széndioxid kibocsátással eltüzelhető gázokra. Az atomenergia pedig mindaddig fenntartható kategóriába lenne sorolva, amíg a 2045-ig építési engedélyt kapott új erőművek megfelelnek a föld, a víz, a levegő jelentős károsodásának elkerülésére meghatározott kritériumoknak - áll a tervezetben, amelyet 2021 december 31.-én küldtek el az Únió nemzeti kormányainak véleményezésre. A különféle zöld mozgalmak bázisát adó fiatal értelmiség többnyire nem rendelkezik az energiaszektor speciális ismereteivel, ezért könnyen képzeli magát a közjó egyedüli letéteményesének az idősebb generációval és a lelketlen technokratákkal szemben, ám a képlet nem ilyen egyszerű. A társadalom javára tett vitathatatlan szolgálataik mellett pedig a Zöldek a politika eszközei, jobban, mint azt maguk gondolnák. Németország tiltakozik az EU atomenergiára vonatkozó terve ellen, a németországi zöldek pedig saját kormányuk élettől elrugaszkodott energiapolitikája iránti lojalitás bizonyításaként azonnal kritika alá vették az EU pragmatikus és a közjót sokkal inkább szolgáló terveit. Mindeközben a hazájukban tomboló barnaszén őrülettel szemben továbbra sincs szavuk. Egyes törvényhozók és befektetők ugyancsak kifogásolják a földgáz zölddé minősítését, hiszen az közismerten fosszilis energiahordozó. Való igaz, hogy nem egyeztethető össze a fenntarthatóság fogalmával, így sérti az egész fogalomrendszert és a befektetési szabálykönyvet. Az atomenergia bár nem fosszilis eredetű, a jelenlegi hulladékkezelési technológiákkal szintén nem felel meg a fenntarthatóság követelményrendszerének, ezért szintén kritikának van kitéve. Mindazonáltal jobban járunk, ha az élet útmutatójául szolgáló elvek - melyek amúgy lehetnek helyesek, ám gyakran nem eléggé differenciáltak - merev követésétől olykor eltérünk, és a gyakorlat kihívásait követjük, azokhoz rugalmasan igazodunk.

Összefoglalva:

A mintaértékűnek kikiáltott német energiapolitika, vagyis az atomerőművek száműzésének eredményei egyáltalán nem igazolták a kormányzat korábban tett ígéreteit, ami az energetikusokat nemigen lepte meg. Reálisan tekintve, jelenleg nem képzelhető el az atomerőművek kiváltása pusztán megújuló energiaforrásokkal, ezért az atomenergiáról lemondó országok újra nagyobb arányú fosszilis energiahordozó felhasználást, ezáltal növekvő szén-dioxid és egyéb károsanyag-kibocsátást kénytelenek vállalni. A megújulókat népszerűsítő kincstári optimizmustól áthatott megközelítés és a zöld mozgalmak kritikája ellenére a szén fontossága és túlsúlya a dolgok jelenlegi állása szerint a villamosenergia-termelésben, a földgáz szerepe pedig a hőfejlesztési célú energiafelhasználásban megmarad, és belátható időn belül az atomenergia teljes kizárása sem lehetséges a villamosenergia-termelésből. Németország ezt megpróbálta és magas energiaárakkal, stagnáló káros anyag kibocsátással, valamint egy kudarcélménnyel fizet érte. Mai tudásunk szerint az atomenergiának nincs igazi alternatívája. Aki mást mond az bizonyára politikus, nem pedig energetikus, mert az energetika (és a tömegközlekedés) olyan, mint a futball: mindenki azt hiszi, hogy jobban ért hozzá, mint aki műveli. Jelenleg nem világos, hogy a megújuló energiaforrások eljutnak-e valaha addig a fejlődési szintig, hogy teljes értékűen kiválthassák az atomenergiát, ugyanakkor arra már most kell választ adni, hogy mi lépjen az elöregedő paksi blokkok helyébe, leállításuk után. Paks új blokkjai helyett megújulókból többször annyiba kerülne az áramtermelés, és üzemviteli szempontból sem lenne egyenértékű, még azonos vagy nagyobb beépített teljesítmény esetén sem. Nekünk egy feladatunk marad: levonni a tanulságokat. Vagyis az energiapolitikát szakmai és nem ideológiai alapon kell művelni, a korábbi atomerőmű-baleseteket elemezni kell, és tovább kell növelni az atomerőművek biztonságát. Akárcsak az élőlények világában, atomreaktorok esetében is beszélhetünk generációkról, illetve generációváltásról. Az orosz nyomottvizes reaktorok esetében egyértelműen evolúcióról van szó, vagyis mindegyik típus fejlettebb az előzőnél, mert a tervezők felhasználták az előd típusok üzemeltetése során szerzett tapasztalatokat, valamint a műszaki fejlődés újabb eredményeit az üzembiztonság érdekében. A legkorszerűbb, harmadik generációs VVER típusú reaktorok szintet léptek a biztonság terén, az aktív és passzív biztonsági rendszerek optimális kombinációja szavatolja a biztonságos üzem feltételeit. A nyomottvizes reaktorok a világon ma már több mint 1000 reaktorévnyi hibamentes működést tudhatnak maguk mögött. Végül pedig, de nem utolsó sorban megerősít bennünket az atomenergia melletti kiállásunkban, hogy az OECD – amelynek 1996 óta Magyarország is tagja – Nemzetközi Energia Ügynöksége, az IEA úgy véli: az atomenergia felhasználásának jelentős növelése szükséges ahhoz, hogy a globális felmelegedés megállítására tett erőfeszítéseink eredményre vezessenek. Az atomenergiával tehát egy darabig még együtt kell élnünk, nem azért, mert szeretjük, hanem mert muszáj.

A Görlitz szász kerületében található Boxberg erőmű szénelőkészítő üzeme. Itt a Nochten és a Reichwalde bányákból származó nyers lignitet égetik el, naponta mintegy 50-65.000 tonnát. A Boxberg erőmű 2.575 MW beépített villamos, és 125 MW hőteljesítmény mellett 18,1 TWh villamosenergiát termelt 2017-ben.


Dobai Gábor, 2020. március

 

2020. augusztus 21., péntek

A KANDÓ-MOZDONYOK RÖVID TÖRTÉNETE

 

A KANDÓ-MOZDONYOK RÖVID TÖRTÉNETE

Százötven éve, 1869. július 8.-án született Kandó Kálmán, a magyar műszaki élet egyik ikonja, akinek neve hallatán mindenki a villanymozdonyra, asszociál. Ám, hogy mit is jelent pontosan ez a név, és mitől lett a Kandó-mozdony hungarikum, csak kevesek előtt ismert. Nos, erről lebbentjük most fel a fátylat.

Mitől Kandó a Kandó-mozdony? Mindenekelőtt rögzítsünk valamit: A Kandó-mozdony fogalma nem „a villanymozdony” úgy általában, mint ahogy azt sokan gondolják, hanem néhány meghatározott erőátviteli rendszerrel épült villamosmozdony típus. A Kandó-mozdonyok egy jellegzetes, csak rájuk jellemző, Kandó Kálmán által megalkotott szerkezeti elemmel rendelkeznek. A nagyfeszültségű ipari frekvenciás vasúti vontatás átfogó rendszerének első kidolgozója Dr. Kandó Kálmán (1869-1931) volt. A róla elnevezett rendszernek két alapgondolata van: a) igyekezett mellőzni a kényes és nagy karbantartásigényű kommutátoros motorokat a nagyvasúti vontatásból, melyeket a kezdetektől alkalmaztak. b) a villamos vontatásnak nem önálló vasúti erőművekből, hanem az 50 Hz frekvenciájú országos alaphálózatból (mely később főelosztó hálózattá lett lefokozva) kell táplálkoznia. E két alapgondolat első megvalósítása a Kandó Kálmán által tervezett villamosmozdonyokkal történt, amelyeknek jellegzetes szerkezeti eleme, attributuma, egy több mint háromezer alkatrészt tartalmazó összetett villamosgép, a fázisváltó.

Járművek hajtására kezdetektől főleg egyenáramú soros gerjesztésű (kommutátoros), vagy ún. univerzális motort alkalmaztak alacsony periódusú váltakozóárammal táplálva, amely elvileg egyenárammal is működik. Ez a két motorfajta első közelítésben kitűnően megfelel a vasúti vontatás speciális igényeinek, nevezetesen annak, hogy a vonatok indításakor képes kifejteni a legnagyobb nyomatékot, ill. vonóerőt, vagyis akkor, amikor erre a legnagyobb szükség van. Nyomaték-fordulatszám jelleggörbéjük, amely egy hiperbolához hasonlít, illeszkedik legjobban a vasúti vontatás számára szükséges ideális vonóerő-sebesség jelleggörbéhez. Ezért egy évszázada előszeretettel alkalmazzák mindkettőt a nagyvasúti vontatásban. Ugyanakkor van egy hibájuk ezeknek a motoroknak, amit Kandó igen nagy hibának tartott: a kommutátor egy lelkiismeretes, precíz karbantartást igénylő kényes szerkezet, az egész hajtáslánc leggyengébb láncszeme. Ezt persze minden szakember tudta, de mivel nem tudtak megoldást a problémára, tudomásul vették és beletörődtek. Kandó viszont a háromfázisú aszinkronmotort részesítette előnyben a nagyvasúti vontatáshoz, amelynek nyomaték-fordulatszám jelleggörbéje erre a célra alapesetben egyáltalán nem alkalmas. Ha az lenne, akkor mások is aszinkronmotorral próbálkoztak volna. Az aszinkronmotornak ugyanis alapesetben alig van indító nyomatéka. Kandó munkásságának lényege, hogy megtalálta a módját, hogy a háromfázisú aszinkronmotort használhatóvá tegye a vasúti vontatás számára. Kezdetben az energiaellátás oldaláról is háromfázisú rendszerben gondolkodott, 1898 és 1902 között ezzel a szisztémával építette ki az olaszországi Valtellina-vasút egész rendszerét, ahol két munkavezetéket alkalmazott a két fázis számára, a harmadik fázis a sín volt. Később azonban belátta, hogy a két felsővezeték alkalmazása a gyakorlatban bonyolult és problémás a kereszteződéseknél és a váltóknál, ezért letett róla, és az energiaellátás oldaláról egyfázisú táplálást javasolt. Ha pedig egy fázisú, akkor legyen ipari frekvenciás, nem pedig 15 Hz körüli alacsony frekvenciás, mert az kisebb tömegű gépek beépítését teszi lehetővé. És ha ipari frekvenciás, akkor nem kell külön vasúti erőműveket létesíteni, hanem ott van mindjárt az országos hálózat egyik fázisa.

Az elektrotechnika állása a XIX. század végén Az elektrotechnika három évtizedes diadalútjának eredményeként a villamosenergia gyakorlati alkalmazásának alapproblémái a XIX. – XX. század fordulójára lényegében megoldódtak. Közismertté vált, hogy az energiahordozóknak ez a legnemesebbike kiválóan alkalmas nem csak világításra, hanem gyártósorok hajtására, elosztásra, és a legkülönfélébb szabályozási és műszertechnikai megoldások révén a legkényesebb, addig el nem végzett műszaki feladatok megoldására. A városi közlekedés elektrifikálásának kérdése „villamosok” alkalmazásba vételével megoldódott, s 1889-ben Budapesten megkezdődött a normál nyomtávolságú közúti villamosvasúti hálózat kiépítése. Járműveit már magyar gyártmányú felépítménnyel, de még Siemens villamos berendezésekkel szerelték. A Ganz-gyár életében kezdettől fogva meghatározó volt a vasúttal való kapcsolata, akárcsak Kandóéban. Az 1890-es évek végére már csak egyetlen jelentős terület maradt, ahol a villamos energia gyakorlati felhasználásának módja nem volt még kidolgozva: a nagyvasúti villamos vontatás speciális területe. Az 1880-as évek közepén folytak már ilyen irányú kísérletek Amerikában, főleg egyenárammal, de ezek eredményei nem voltak kielégítőek. Kandó 1897-ben tanulmányúton járt az Egyesült Államokban, ahol a látottakkal nem volt megelégedve, minek következtében szilárd meggyőződésévé vált korábbi sejtése, hogy a nagyvasúti vontatásban háromfázisú aszinkron-vontatómotort kell alkalmazni. Ez a gondolat igen szokatlannak számított akkor, mert addig csak egyenáramú vagy alacsony frekvenciás soros (kommutátoros) motorral próbálkoztak. Charles Brown (a zürichi Oerlicon mérnöke) a Frankfurtban 1891-ben megrendezett Nemzetközi Elektrotechnikai Kiállítás tapasztalatai alapján megállapította, hogy a háromfázisú aszinkron motorok teljesítmény/tömeg aránya kedvezőbb mint az egyenáramú motoré, sőt gyártása és karbantartása is egyszerűbb. A korabeli konstrukciók méretei viszont nagyobbak voltak, ezért a konstruktőrök nem tudták a vasúti motorkocsik forgóvázaiban elhelyezni, A villamos vontatás rendszerének eredményessége három kulcsfontosságú elemtől függ: a táphálózattól, a vontatómotortól, és az energiaforrástól. Az elektromosság hőskorában a villamos vontatásban három szisztéma alakult ki, amelyek e három kritikus elem kombinációi.

Táphálózat

Vontatómotor

Energiaforrás

1,5-3 kV egyenáram

Egyenáramú soros (kommutátoros)

Vasúti erőmű

Hálózat

Alacsony periódusú nagyfeszültség

Vált. áramú soros (kommutátoros)

Vasúti erőmű

Ipari frekvenciás nagyfeszültség

Háromfázisú aszinkron, egyenáramú soros

Országos hálózat

Hamar kialakult a villamos vontatásban a táphálózat, a vontatómotor, és az energiaforrás három jellemző kombinációja, amelyek ma is egymás mellett élnek. Miután a félvezető technika fejlődése lehetővé tette, megszületett a többáramnemű frekvenciaváltós mozdony, ami közös nevezőre hozta e rendszereket.

A Valtellina-vasút villamosítása. 1898-ig csak rövid, helyi érdekeket kiszolgáló vonalakat villamosítottak, ami az alkalmazott alacsony feszültségű egyenáramból következett. Egyetlen kivétel volt ez alól: Kandó Evian-les-Bainsi projektje. Kandónak 1894-ben már kész tervei voltak, amelyek felhasználásával háromfázisú rendszerrel villamosítottak egy rövid vasúti pályaszakaszt Észak-Franciaországban, a Genfi-tó partján, Evian-les-Bains fürdőváros körzetében, 1896-98-ban.                                          Az olasz kormány ismerte föl elsőként, hogy a vasút kiválóan egyesíti a nemzetet, ezért nagylelkű szubvenciókkal támogatták az építést, s a vasút 1870-re már egész Olaszországot behálózta. 1897-ben finanszírozni kezdtek egy kutatási projektet a villamos vontatás tulajdonságainak vizsgálatára, három kísérleti vasútvonalon. Az ún. Valtellina-vasút tulajdonosa, a Societa Italiana per le Strade Ferrate Meridionali először a berlini AEG-hez fodult, de az a nehéz terepviszonyok miatt túl kockázatosnak tartotta a feladatot és nem vállalta. Ehelyett azt tanácsolták az olasz vasúttársaságnak, hogy utazzanak Budapestre és kérjenek ajánlatot a Ganz-gyártól. 1898-ban a Ganz-gyár Elektrotechnikai Osztálya beadta pályázatát a Valtellina-völgyben a Comói tó partján mintegy 106,31 km hosszan futó vasútvonal villamosítására. Kis sugarú ívek, hosszú meredek emelkedők és egymást érő alagutak sora jellemezte ezt a vasutat, amelynek vonalvezetését nem lehetett megváltoztatni, csak a gőzmozdonyos vontatást lehetett kiváltani valamilyen villamos mozdonnyal, ezt a mozdonyt azonban még ki kellett találni. A pályázat feltétele volt, hogy erőforrásul az Alpok vízerőit kell felhasználni. Az 1899-ben megkötött szerződésben tíz négytengelyes motorkocsi és két nagy teljesítményű tehervonati mozdony szállítását vállalta a Ganz, továbbá a teljes villamos hálózat kiépítését 9 transzformátorállomással, meglehetősen rövid határidőre. Az erőmű vízépítési munkáit olasz vállalkozók végezték. A feladat nagyságának érzékeltetésére idézzük Verebély László professzor szavait: „Csak a 28 éves lángész rajongó optimizmusa és akadályt nem ismerő tettrekészsége indokolhatja azt a merészséget, amellyel Kandó a feladat megoldását 15 periódusú forgóáramú rendszerben és akkori viszonyok között még fantasztikusnak látszó 3000 V feszültséggel vállalta, és az elektrotechnikai ipar akkori fejlettsége, valamint a beszerzés minden részletének újszerűsége folytán eléje tornyosuló nehézségektől vissza nem riadva a töretlen útnak nekivágott.”

A Valtellina-vasút Milánótól északra, az Alpokba ékelődött Comói-tó partján halad.

A háromfázisú rendszerhez három munkavezeték kellett, melyek közül egyik volt a sín, a másik kettő párhuzamosan haladt a pálya felett. A sikert Kandó személye szavatolta, aki mind a villamos, mind a gépészeti tervezést és gyártást vezette. Neve azóta elválaszthatatlanul összeforrt a villamos vontatás történetével. A Ganz-gyár az 1900. évi párizsi világkiállításon bemutatta az olaszországi Valtellina-vasút villamosítására vonatkozó, Kandó által készített komplex terveit és motorkocsijának modelljét. 33 éves volt, amikor 1902. szeptember 4.-én megnyitották az Alpok egyik lejtője mentén húzódó Valtellina-vasút Chiavennától Colicón át Sondrióig érő, 67 km-en villamosított szakaszát. Egy hónap múlva, 1902. október 15.-én átadták az ebből a vonalból Colicónál leágazó, a Comói-tó mentén délfelé vezető, 39 km-es villamosított szakaszt, amely Leccóig vezet. Az összesen mintegy 106,31 km hosszú vasútvonal egyetlen összefüggő villamos rendszert képezett, amelynek erőforrása a Valtellina-völgyben végigfolyó, a Comói-tóba ömlő Adda folyóra épített vízerőmű volt. A folyó esése Ponto di Desco és Ponte di Ganda között kb. 5 km távolságon 35 métert tesz ki, vízgyűjtő területe 2550 km2, a szállított víz mennyisége pedig minimálisan 25 m3 másodpercenként, ami átszámítva annyit jelent, hogy az erőmű bármely pillanatban legalább 7500 LE teljesítményt volt képes leadni. A léghűtéses transzformátorok állomásai 10-12 km-enként voltak elhelyezve egy-egy 300 kVA-es transzformátorral, csak az abbadiai alállomásban volt kettő. Ez volt Európa első villamosított vasúti fővonala, és a világ első nagyfeszültségű váltakozóárammal villamosított vasútja. Az áramfejlesztő telepen három, egyenként 2000 lóerős Francis rendszerű Ganz-turbina dolgozott, a közös tengelyre szerelt generátorral. A generátorok üresjárásban 3 x 20 kV 15 Hz-es háromfázisú áramot szolgáltattak. A 3 x 20 kV-os tápvezetéket a pálya mentén felállított vörösfenyő oszlopokon vezették végig, amelyek egyben a 2 x 3000 V-os munkavezetéket is tartották. (A 3. fázis a sín volt.) A projekt villamos berendezéseit a Ganz és Társa Elektrotechnikai Osztálya, a gépészeti berendezéseket a Ganz Vagongyár és a Magyar Királyi Államvasutak Gépgyára, a vezetékekhez használt porcelán szigetelőket a Karlsbader Kaolin Industrie Gesellschaft gyártotta.

A vontatási alállomások egyik transzformátora

A tíz motorkocsi teljesítménye egyenként 500 lóerő (360 kW), a két mozdonyé 900 lóerő (660 kW) volt, sebességük 29 km/óra. A motorkocsik forgóvázaiban a nagy átmérőjű vontatómotorokat közvetlenül a tengelyekre szerelték, amelyek cső alakú forgórészében húzódott a jármű tengelye. A csőtengely pedig rugalmas tengelykapcsolaton adta át a nyomatékot a kerékváznak. A jármű indításakor a forgóvázaiba épített két-két háromfázisú aszinkronmotor kaszkád-kapcsolásba volt kapcsolható, melyek közül az egyik kisfeszültségű, a másik nagyfeszültségű motor volt. A motorkocsi két sebességfokozattal rendelkezett (32 és 64 km/óra), az indítást vízindítóval oldották meg, a nagyobb sebességfokozatban pedig csak a nagyfeszültségű motor volt bekapcsolva. Egy 8 kW-os segédüzemi transzformátor 100 V feszültséget szolgáltatott a világítás, a vonatfűtés, és a légsűrítő számára. 

Az ún. vontató-motorkocsi 3-5 személykocsit vontatott

A motorkocsi forgóváza. A nagy átmérőjű vontatómotorok csőtengelyen és rugalmas tengelykapcsolón keresztül hajtották a kerékpárokat, és rugózott nyomatéktámokon voltak a forgóvázra szerelve. A forgóváz így elfért a padló alatt, és a vontatómotorok tömege rúgózottan terhelte a forgóváz keretet.

Az egyik Kandó által tervezett vontató-motorkocsi

A kedvező üzemi tapasztalatok hatására az olasz állam átvette a magánvasutakat, így jött létre 1905. április 22.-én a Ferrovie dello Stato (FS), az Olasz Államvasutak. Az olasz vasút az átadást követő évben három újabb, de most már 1200 lóerős mozdonyt rendelt a Ganz-gyártól. 1905-ben pedig négy 1500 lóerős mozdonyt, amit a Ganz 1906-ban leszállított. Ezzel azonban a Ganz villamosmozdony-gyártása hosszú időre elakadt. Az FS 1907-ben 2000 km vasút villamosítását határozta el Ganz-Kandó rendszerrel, amelyet nem valami korrekt módon „Sistema Italiana” elnevezéssel illettek. A feladat megoldásához a Ganz érdektelensége miatt megvették Kandó szabadalmait, és amerikai tőkével részvénytársaságot hoztak létre „Societa Italiana Westinghouse” néven, továbbá mozdonygyárat építettek a Tirrén tenger partján fekvő festői szépségű Vado-Ligure városában, mely ekkor már fejlett ipari központ volt, s amely később az olasz villamosmozdony-gyártás bölcsője lett. A cég alelnöki tisztére és a mozdonyok tervezésére Kandó Kálmánt kérték fel. Kandó az olaszországi mozdonyok tervezésére és a gyártás megszervezésére meghívta a nála jóval fiatalabb Verebély Lászlót (1883-1959), aki publikációiban is lelkesen támogatta idősebb kollégájának szakmai alapvetéseit, és aki utóbb a MÁV Vasútvillamosítási Osztályának vezetőjeként támogatta a hazai kutatást és fejlesztést. Kandó tervei alapján kb. 700 mozdony készült itt, amelyek közül 500 még 1954-ben is üzemben volt. A gyár a későbbiekben nem csak Kandó-rendszerű mozdonyokat, hanem 3000 V-os egyenáramú mozdonyokat és motorvonatokat is gyártott, később TIBB, ABB, majd ADtranz, végül Bombardier néven, amely cég mozdonyai ma a MÁV vonalain is futnak. Észak-Olaszországban 1930-ig több mint 1500 km vasutat villamosítottak Kandó rendszerével, amely vonalakon 800 db Kandó-mozdony közlekedett, amelyek már nem a Ganz-ban készültek. Az utolsó háromfázisú mozdony 1976-ig volt üzemben Olaszországban.

A vontató-motorkocsik járműszerkezeti része is tartalmazott érdekes és újszerű megoldásokat, mint pl. a Tóth László (1876-1956) által tervezett, a vontatómotor üreges forgórészén átvezetett kerékpártengelyből, és a hozzá tartozó rugalmas tengelykapcsolóból álló hajtás. Ez a rendszer lehetővé tette a hajtott kerékpár, a vontatómotor, és a forgóváz-keret egymáshoz képesti rugalmas elmozdulását a pályáról átadódó dinamikus hatásoknak és a hordrugók játékának megfelelően. Kandó munkatársaként Tóth László oldotta meg a felsővezeték felfüggesztésének problémáját, amely már-már a vállalkozás sikerét veszélyeztette. Eredetileg merev keresztfelfüggesztésű felsővezetéket alkalmaztak, amellyel érintkezve az íves alagúti pályarészeken az áramszedő 60 km/h sebességnél lengésbe jött, eltörött, és leszakította a felsővezetéket. Tóth László hanyatt fekve felkötöztette magát a motorkocsi tetejére, és (különösen az alagutakban haladva) megfigyelte a felsővezeték-áramszedő kapcsolat viselkedését. Megállapította, hogy megoldást csak a ma hosszláncnak nevezett rugalmas felfüggesztés hozhat, amit lényegi változtatás nélkül alkalmaznak ma is. A Valtellina-vasút felsővezeték problémáinak megoldása után Tóth László hazatérve, 1904-ben a Városi Villamos Vasút főműhelyének vezetője, majd a Ganz Villamossági Gyár műhelyfőnöke lett. A villamosmotorok gyártásába bevezette a szalagrendszert, aminek következtében a legyártott motorok száma megtízszereződött.

A Valtellina-vasút villamosítása nagy szakmai siker volt, a Ganz ennek ellenére 4 millió korona veszteséggel zárta a projektet, amelynek zöme a kísérletezések költségeiből, más része munkavezeték felfüggesztési és az alállomások villamos berendezéseinek szigetelési problémáiból keletkezett. Kandó nagy lehetőséget látott a MÁV nagy forgalmú és nagy emelkedésű vonalainak villamosításában is, de minden további erőfeszítése zátonyra futott. 

A pénzvilág közbeszól A Ganz-gyárat modern nagyvállalattá fejlesztő Mechwart András (1834-1907) védelmébe vette a fiatal feltaláló Kandó Kálmánt az őt ért támadásokkal szemben, kijelentette, hogy a ráfizetés tandíjnak tekinthető egy nagyvállalat életében, ami aligha kerülhető el. A vállalat fölött uralkodó Kornfeld Zsigmond (1852-1909), aki a csak nevében magyar Magyar Általános Hitelbank vezérigazgatója volt, elutasította Mechwart kiállását mondván: „Én nem törődöm azzal, hogy az urak mit adnak el, én nyereséget akarok látni.” Ez a korlátolt fiskális szemlélet nagyban hozzájárult a következő évek műszaki síkon bekövetkezett eredménytelenségéhez. Kornfeld félresöpörve Mechwart ellenkezését, utasítást adott embereinek, hogy készítsék elő a villamossági gyár szanálásának tervét, ennek első lépéseként Kandót a vállalattól való távozásra kényszerítették. Tették ezt akkor, amikor 1907-ben óriási vasútfejlesztési munkák kezdődtek Olaszországban. A Magyar Általános Hitelbank – amely 1895-óta birtokolta a Ganz részvénypakettjeinek többségét – a bécsi Rothschild család és a Creditanstalt bécsi bank alapítása volt. 1868 óta fejtette ki működését a magyar pénzügyi világban, és az induló  magyar olajkutatásoknak is nagy kerrékkötője volt Erdélyben és a Felvidéken. A XIX. század közepén kezdődött a Rothschild család bekapcsolódása a nagy ipari beruházásokba, a nyersanyag-kereskedés, a vasútépítés, a gyáripar finanszírozásába, és diszkréten ma is benne vannak mindenben, amiben pénz van, így a jármű és az energiaiparban is. Egy 1906. július 22-én megkötött kartellszerződés értelmében, amelyet az öt piacvezető vasúti járműgyártó cég kötött egymással (Ganz, Danubius, Sclick, győri Magyar Vagon és Gépgyár, és az aradi Weitzer János Gép-, Waggongyár és Vasöntőde Rt.), felosztották egymás között a magyarországi vasúti járműgyártó piacot. Ennek a megállapodásnak, melynek hátterében a részvényeket birtokoló bankok érdekei állnak (amelyek nem kizárólag pénzügyi természetűek), illetve a Ganz-gyár vezetésében megváltozott erőviszonyoknak tudható be, hogy Kandó alkotó munkájának helyszínét Olaszországba volt kénytelen áttenni. 1906-tól, az utolsó olaszországi megrendelés teljesítésétől a Ganz nem vett részt a nagyvasúti villamosításban, és villamosmozdony-gyártása is hosszú időre megtorpant.  

A két RA 340 sorozatjelű tehervonati mozdony egyike

A tíz motorkocsi közül 5 db nagy fényűzéssel kialakított szalonkocsi volt, amelyek utastere kényelmes dohányzóteremként szolgált.

 

 A vasútvillamosítás területén uralkodó két másik rendszer 1912-ben a Porosz-Hesseni, a Bajor, és a Badeni Államvasutak megállapodást kötött a villamos vontatás egységes rendszeréről, amelyben a vontatási feszültség négyzetes középértékét 15.000 voltban, frekvenciáját 16 2/3 hertzben határozták meg. Ez a rendszer előnyös volt a jelentős vízerőkkel rendelkező alpesi, illetve a velük határos országokban, Svájcban, Németországban, Szlovéniában, Franciaország egy részén, valamint Svédországban és Norvégiában. Másutt, mint pl. Franciaország más részein 1500 V egyenárammal, a Szovjetúnióban G. M. Krizsizsanovszkij (1872-1959) professzor, a GOELRO (Szovjet-Oroszország villamosításának állami terve) -bizottság elnöke javaslatára 3000 V egyenárammal villamosították a vasúti vontatást. 1902-ben Peter Cooper Hewitt feltalálta a higanygőz egyenirányítót, 1908-ban pedig kifejlesztette annak acéltartályos változatát, mely az első olyan eszköz volt az elektrotechnikában, amely alkalmas volt nagy teljesítményű egyenáram előállítására, mechanikus átalakítók mellőzésével. Addig ugyanis dinamókkal fejlesztettek egyenáramot, vagy mechanikus egyenirányítókkal, ún. mutátorokkal egyenirányították a váltakozóáramot, vagy motorgenerátorokat használtak. A felsővezeték feszültséget az egyenáramú rendszerben eredetileg a vontatómotorok kapocsfeszültsége és a sorba kapcsolt vontatómotorok száma alapján határozták meg. A motorok feszültségét pedig a korszak technikai fejlettsége határozta meg, az a felső határ, amelyre motort tudtak gyártani. Ez kezdetben 300 V volt, később 500 V lett. Így lett a városi villamosvasút felsővezeték-feszültsége 2 sorba kapcsolt motornak megfelelően 600 V, a nagyvasutaké 3-6 vontatómotornak megfelelően 1500, illetve 3000 V.  Az egyenirányítós mozdony megalkotásának története nagyjából arra az időre nyúlik vissza, amikor Charles Steinmetz Proteus, a GE mérnöke ezen a koncepción dolgozott, és néhány amerikai vonalon évekig tartó kísérlet indult 1906-ban. Egyenirányítós motorkocsikat a New York Central vasút közlekedtetett elsőként, de a higanygőz egyenirányítók fejletlensége miatt ez a működési elv egyelőre nem aratott sikert, ezért motorgenerátorokra cserélték, így működtek az 1930-as évekig. Az első higanygőz egyenirányítós mozdony Németországban állt forgalomba 1932-ben, ez volt a legendás E-44-es, amely jól bevált. Később a Szovjetúnióban gyártottak nagy számban higanygőz egyenirányítós (ignitronos) mozdonyokat. Kandó viszont más úton járt, szilárdan kitartott a háromfázisú aszinkronmotor mellett.

A villany, a vasút, és a szén Ahhoz, hogy súlyához méltón értékelhessük Kandó Kálmán munkásságának a magyar gazdaság egy nagyon nehéz időszakában betöltött, már-már nemzetmentő szerepét, az adott történelmi körülmények közé kell helyeznünk őt. Az első világháború/olajháború harci cselekményei jelentősen korlátozták, majd annak országunkra nézve tragikus kimenetele végképp megakadályozta, hogy iparunk és az államvasút továbbra is galíciai olajat, sziléziai, vagy viszonylag közeli oraviczai szenet használjon. Szénbányáink a határokon kívül rekedtek, az importszén szállítási útvonalait az újonnan megrajzolt országhatárok elvágták, s a hazai barnaszén-bányászat nem futott még fel. A nyersanyagforrások nélkül maradt Magyarországon gyors gazdasági föllendülésére, javulásra, Trianon esélyt sem hagyott. Felbomlott és megszűnt az a gazdasági egység, amely az ország peremrészein található nyersanyag források és az ország belső területein kiépült feldolgozóipar, valamint a fogyasztók között kiépült. Az ipar és a közlekedés energiahordozó nélkül maradt. A háború alatt megismert szénellátási gondok Trianon után is folyamatosan gyötörték az országot. Akkor még a szén töltötte be azt a szerepet, amit ma az olaj, s a szénkérdés a magyar ipari és politikai kormányzat vállát teljes súlyával nyomta. Az országot gazdasági összeomlással fenyegető szénhiányból való kiútkeresés zászlóvivője Verebély László (1883-1959) villamosmérnök volt, aki 1923-ban készült „Emlékirat Csonka-Magyarország energiagazdaságának megszervezéséről” c. tanulmányában leírta egy nagyfeszültségű országos villamos hálózat tervét, amelybe az energiaforrások – főleg szénbányák – közelében lévő hőerőművek termelnek. A javasolt nyolc erőmű közül később hét az általa javasolt körzetben meg is épült. Elképzelésében nagy hangsúlyt helyezett a vasutak villamosítására, mert az energiaforrások nélkül maradt országban a rossz hatásfokkal működő gőzmozdonyok voltak akkoriban a legnagyobb szénfogyasztók. Ehhez kapcsolódó szempont volt, hogy a hőerőművek a gyenge minőségű barnaszén vagy lignittelepek közelében épüljenek, ahol ezek rögtön el is tüzelhetők, máskülönben külföldről kellene jobb minőségű szenet behozni. A tervből akkor csak a Bánhidai Erőmű valósult meg 1930-ban, és a Budapest-Hegyeshalom vasútvonal ehhez kapcsolódó villamosítása 1930-32-34-ben. A drámai szénhiány megoldásért kiáltott, s a menekülőúton tett első lépésként a MÁV tervbe vette a Budapest-Hegyeshalom vasútvonal 16 kV, 50 Hz-el történő villamosítását, amelynek két legfőbb promótere Verebély László és Kandó Kálmán volt.

Az általános szénhiány meglepő következménnyel járt: kikényszerítette az ország villamosítását. A vasút 1922-ben 1.850.200 tonna szenet használt fel, 5-8% körüli hatásfokkal. Verebély László számításai szerint ennek a mennyiségnek kb. 60%-át, 929.500 tonnát takaríthatja meg a vasút, ha ezt a szénmennyiséget nem gőzmozdonyokban, hanem erőművekben tüzelik el. Kandó és Verebély mindenkinél jobban tudták, hogy szűkös szénkészleteink energiatartalma sokkal jobb hatásfokkal alakítható mechanikai munkává – az energiaátalakítás teljes folyamatát tekintve – ha nagy erőművekben villamos áramot fejlesztünk, majd azt vezetéken elszállítva, a felhasználás helyszínén villanymotorokkal alakítjuk mechanikai munkává. A gazdasági összeomlás elleni harcban három fő csapásirányt határoztak meg: vasút-villamosítás, valamint az ipar és a mezőgazdaság villamosítása. Az ország villamosításának ügye ily módon, Magyarországon a szénhiánnyal volt egyenlő, s az 1920-as években a szénhiány volt a villamosítás folyamatának legfőbb hajtóereje. Így tehát a ’20-as éveket végigkísérő gyors fejlődés nem valami gazdasági csoda, hanem az ország elmaradásából és a krónikus szénhiányból származó kényszer szülte feszített ütemű villamosító munka következménye volt. Jól jellemzi a drámai szénhiányt egy 1919 októberéből származó újsághír, mely beszámol arról, hogy a vonatok rendszeresen megálltak akár a nyílt pályán is, hogy a rossz minőségű szénből a mozdonyok gőzt fejlesszenek, ezért több órás késéssel érkeztek. A Bruckból érkező vonat mozdonya pedig naponta bejárt Felső-Gallán a bánya szénosztályozójába, hogy szenet vegyen fel, mert a Bruckban vételezett rossz minőségű szénnel nem tudott volna felkapaszkodni Szárra, a hegyeshalmi vonal legmagasabb pontjára.

Noha a vasút villamosításának kérdése már a háború előtt is fölmerült, a szénhiány okozta gazdasági összeomlás előli menekülésként és a felvázolt koncepció részeként Kandó és Verebély most már keményen lobbizott a vasútvillamosítás sürgető szükségessége mellett. Ennek eredményeként 1921-ben a Közlekedési Minisztérium tervbe vette a 187 km hosszú Budapest-Hegyeshalom vasútvonal villamosítását. A feladat végrehajtásához pedig egy erőmű megépítésére és megfelelő vontatójárművekre volt szükség. Kandó időközben belátta, hogy a két munkavezetékes háromfázisú táplálás rendszere nem életképes, így a továbbiakban egyfázisú táplálásban gondolkodott. Ehhez azonban megfelelő mozdonyt kellett tervezni. A feladat adva volt: a nagyfeszültségű, egyfázisú, ipari frekvenciás táplálást össze kellett hozni a háromfázisú aszinkron motorral. Kandó ezt a feladatot a korszak elektrotechnikájának eszközeivel megoldotta. Így született meg az ún. fázisváltó, mely egy egyfázisú transzformátor, szinkronmotor, és egy többfázisú szinkrongenerátor volt egy testben. Ennek a szerkezetnek a megalkotása volt Kandó életének fő műve.

1927-ben a magyar kormány nagy összegű hitel felvételéről kezdett tárgyalásokat az angol kormánnyal és üzletemberekkel – akiket Sir Gerard Francis Talbot képviselt – a Dunántúl és a Budapest-Hegyeshalom (Bécs) vasútvonal villamosítása, valamint a főváros áramellátásának biztosítása érdekében. A tárgyalások előrehaladtával 1927 márciusában egymillió pengő alaptőkével létrehozták a fővárosi bejegyzésű Magyar Dunántúli Villamossági Részvénytársaságot (MDV). A cég részvényeinek többsége a magyar államé volt, s a kormány megkapta a beruházásokhoz szükséges tőkét. A fővárosi pártok felszólították a kormányt, hogy a létesítendő erőmű helyének megválasztásánál legyen tekintettel Budapest érdekeire, mivel az új centrálé áramának legnagyobb fogyasztója az államvasutak után minden bizonnyal a főváros, ezen belül a BSzKRT lesz. Azonban hiába tiltakozott a Főváros, Hermann Miksa kereskedelemügyi miniszter a tanácsadó bizottság javaslatára a dunántúli elektromos centrálé helyszínéül Tatabányát jelölte ki. A finanszírozási szerződés szerint az angol iparnak is juttatni kellett valamit, ami persze lehetővé tette a technológiák megtanulását a brit cégek számára, ez pedig a korábban ismeretlen forgógép, a fázisváltó miatt volt érzékeny pont. Az angol partnerek kikötötték azt is, hogy a magyar államnak a hitelt a MÁV-on keresztül kell törleszteni. A MÁV ezért bérbe vette a Bánhidai Erőművet az MDV Rt.-től, s az MDV tatabányai bányáiban termelt szenet használta. Az elektromos berendezések szállítására szűk körű pályázatot írtak ki öt vállalat – név szerint az AEG, Siemens, Ganz, Magyar Brown-Boweri, és az Erőátviteli Részvénytársaság – részére. Angol részről az English Electric kapott megbízást a fázisváltó gyártására, de a bonyolult gép kifogott a briteken, így végül a V40 és V60 sorozatú mozdonyok járműszekrényét gyártották a Metropolitan Vickers gyárában. Magyar részről mégiscsak a Ganz-gyárat bízták meg a fázisváltó gyártásával, s a drasztikusan átrendeződött körülmények között a szénhiány következményeként elkezdett újra villamosmozdony-gyártással foglalkozni. 1930. június 28.-án üzembe helyezték a Bánhidai Erőművet, aminek igen nagy jelentősége volt a nemzetgazdaság számára. Megindult Budapestre a BSzKRT és a Székesfővárosi Elektromos Művek számára az energiaszolgáltatás a Bánhida-Budapest (Kőtér) 100 kV-os távvezetéken, Láner Kornél (1883-1963) irányításával megkezdték a Budapest-Hegyeshalom (Bécs) vasútvonal 16 kV-tal törtét villamosítását, ahol az egész vonal villamosenergia-ellátása ugyancsak Bánhidáról történt négy vontatási alállomáson keresztül. Sőt, Bánhida látta el a győri ipartelepeket is. Ily módon megoldódott az addig értéktelennek tekintett csekély fűtőértékű tatabányai szén hasznosítása is. A Budapest-Hegyeshalom út menetideje azonban a villamosítással sem rövidült meg, a Budapest-Bécs távolságot nem egészen három óra alatt lehetett megtenni. A nyomvonal kacskaringóssága miatt a villamosítás előnyeit nem lehetett teljes mértékben kihasználni, a pálya átépítésére pedig az óriási költségek miatt gondolni sem lehetett. Jelentősége az utazóközönség számára abban állt, hogy az utazás kényelmesebbé vált, a nemzetgazdaság számára pedig abban, hogy a gőzmozdonyok kiváltásával jelentős mennyiségű szenet lehetett megtakarítani.

A fázisváltós mozdonyok születése.  Kandó akkor ment el Magyarországról, amikor Mechwart 1907-ben meghalt, és addig dolgozott Olaszországban, amíg George Westinhouse (1846-1914) élt. Miután 1915. május 23.-án Olaszország hadat üzent a Monarchiának, Kandót családostól és az összes magyart, mint ellenséges ország polgárait, Szicíliába internálták. Rövidesen sikerült hazatérnie Magyarországra, 1916-ban besorozták a hadseregbe, ahol a Hadügyminisztérium vasúti osztályán kapott beosztást. A hadiszállítások során fölmerült problémákkal foglalkozott, eközben felfigyelt arra, hogy a villamosított vasutak kiegyenlítetlen forgalma nagyon szélsőséges üzemállapotokat okoz a vasúti erőművekben, ami a berendezések túlterhelését okozza. Ennek elkerülése olyan teljesítménytöbblet beépítését teszi szükségessé, ami viszont kihasználatlanság miatt gazdaságtalanná teszi a vasúti erőműveket, mert a teljesítménycsúcsok az üzemidőnek csak egészen csekély hányadát teszik ki. Ekkor érlelődött meg végképp Kandó fejében a gondolat, hogy a vasutak villamosításának leggazdaságosabb és legolcsóbb módja az 50 Hz frekvenciájú országos villamos hálózatról történő táplálás.                                                                                                  A Nagy Háború (ahogy akkor mondták) után nehéz helyzetbe került úgy az ország egésze, mint a gép-és villamosipar, melyek akkor még nem különültek el élesen, s amely a harmadára zsugorodott Magyarország kereteihez képest erősen túlméretezett volt. Ezért a Ganz-gyár nagy áldozatok árán végrehajtotta a gépipar koncentrációját, hogy ezekben a nehéz időkben együtt tudja tartani és foglalkoztatni kiváló mérnöki és szakmunkás állományát. 1922-től Kandó minden erejét és idejét a fázisváltós rendszer kidolgozására fordította. Az első üzemi próbák 1922-ben kezdődtek egy 15 kV, 50 Hz-el villamosított pályaszakaszon, 1923-ban elkészült az első 2500 lóerős fázisváltós kísérleti mozdony, amelynek három éven át tartó futópróbáit Bp. Nyugati pályaudvar és Dunakeszi között történtek. A munkavezetékről levett egyfázisú váltakozóáramot a fázisváltónak nevezett, forradalmian új szerkezet alakította át háromfázisú, 350 V-os és 650 V-os árammá. 1928 nyarán a kísérleti mozdonyt átépítették. A mozdonyba négypólusú fázisváltó került, és a forgórészét közvetlen vízhűtéssel látták el. Az új fázisváltó két, három, és négyfázisú áramot szolgáltatott, és három szinkronsebessége volt. Az átépített mozdonnyal folytatódott a sok fejtöréssel és fáradtságos munkával járó kísérletsorozat, amelynek végén Kandó bebizonyította az 50 periódusú nagyfeszültséggel történő vasútvillamosítás előnyeit. A Valtellina-vasút sikerének kulcsa a háromfázisú motor volt, az egyfázisú táplálás sikere pedig a Kandó által megalkotott forradalmian új gépre, a fázisváltóra épült.

Kandó rendszere 1931-ben érett meg a gyakorlati alkalmazásra, amikor 16 kV 50 Hz-el elkezdték a Budapest-Hegyeshalom vasútvonal villamosítását. 1932-ben elkészült a Budapest-Komárom, 1934-ben a Komárom-Győr-Hegyeshalom szakasz hálózatának kiépítése. (A feszültséget később 25 kV-ra emelték.) 1934-ben már túl voltunk a trianoni traumát követő fájdalmas első évtizeden. A magyar nép élni akarása, tettereje talpra állította az országot. A siker egyik kulcsát jelentette Bethlen István egy évtizedes stabil kormányzása nyomán kialakult erőteljesen növekvő gazdaság. Új erős pénz – a Pengő – kibocsátása, a gépipar, a közlekedés, a villamosipar, a vegyipar talpraállítása nagyban hozzájárult az ország konszolidációjához. Klebelsberg Kuno kultuszminiszter új, jól átgondolt alapokra helyezte az oktatás-és tudománypolitikát. Ebből nőttek ki a világszínvonalú mérnökök, tudósok, Nobel-díjasok. Ezen a táptalajon a Ganz-gyár már közvetlenül az 1929-33-as világválság után gyors sikereket tudott elérni.

A végleges és kiforrott konstrukció, amely már Bláthy Ottó irányításával készült el, egy transzformátort, egy egyfázisú szinkronmotort, és egy átkapcsolható fázisszámú szinkrongenerátort egyesített egy testben. Az állórész szekunder tekercselése három, négy, vagy hatfázisú áramot szolgáltatott a vontatómotor számára 850 és 1300 V között változtatható feszültségen. A mozdony kerékpárjait egyetlen többfázisú, csúszógyűrűs aszinkronmotor hajtotta a Kandó-féle csuklós keretes mechanizmuson keresztül, amelyet Kandó-háromszögnek neveznek. A motor forgórészén két egymástól független pólusátkapcsolásos tekercselés volt, míg az állórész önmagában zárt tekercselése 48 kivezetéssel folyadék ellenálláshoz csatlakozott, amely biztosította az átmenetet a mozdony négy szinkron sebességfokozata között. A folyadékindítóból gőz alakjában eltávozó vizet időnként pótolni kellett. Kandó Kálmán nem érte meg élete fő művének beteljesedését, 1931. január 13.-án meghalt. Az első 2500 LE teljesítményű, 100 km/h sebességre képes mozdony üzembe helyezésére és a Budapest-Hegyeshalom vasúti fővonal Bp.- Komárom közötti 16 kV-al villamosított szakaszának megnyitására 1932. augusztus 17.-én került sor. Ezzel a magyar mérnöki munka a nagyvasúti villamos vontatásba a háromfázisú motor bevezetése után másodszor is az első helyre került a világon. A vasút országos energiahálózatra épített elektrifikálása azonban minden kedvező energetikai tulajdonsága ellenére mozdonykonstrukciós nehézségek miatt sokáig nem tudott elterjedni. A későbbiekben további 28 db 98 tonnás gyorsvonati mozdony (V 40-es) és 4 db 94 tonnás tehervonati mozdony (V 60-as) készült Magyarországon, amelyek igen komplikált szerkezetük ellenére jól beváltak, közülük az utolsó 1967-ig volt üzemben.

Fent és lent: az 1923-ban elkészült kísérleti mozdony. A mozdonyt 1928-ban átépítették, így jött létre a V 50-es.

 

A Kandó mozdonyok lelke, a fázisváltó.

A V 40-es jellegrajza

A V 40-es metszete. A középen elhelyezett hatalmas vontatómotor rudazattal hajtotta a négy csatolt kerékpárt.

Az erőátvitel A megvalósított Kandó-mozdonyok érdekes jellegzetessége a gőzmozdonyokéra emlékeztető (de nem azonos) rudazatos hajtómű. Ez a mechanizmus viszi át a forgómozgást a mozdony közepén elhelyezett nagy mérető vontatómotorról a kerékpárokra, ahol a vonóerő keletkezik. A hajtáslánc elvileg megvalósítható lenne több vontatómotorral is, mint amilyenekkel később, gyártásba nem került konstrukciók esetében a tervezők próbálkoztak, de Kandó elhelyezési gondok miatt az egymotoros változatot részesítette előnyben. A Kandó-féle rudazatos hajtómű részét képezi egy másik gépészmérnöki bravúr, az ún. „Kandó-háromszög”, amely mechanizmus biztosítja, hogy a hajtóműnek ne legyen holtpontja, vagyis a mozdony bármely helyzetből indítható legyen.

A „Kandó-háromszög”

 

Kandó érdeme volt az aszinkronmotornak a vasúti vontatásba történt bevezetése. Megtalálta a módját, hogy az alapesetben csekély indítónyomatékkal rendelkező többfázisú aszinkronmotor indítónyomatékát a vontatás igényeihez igazítsa, vagyis képes volt az aszinkronmotor indítónyomatékát jelentősen megnövelni. Kezdetben egyszerű folyadékindítót használt (Valtellina-vasút), de az áttörést a vontatómotorra kapcsolt feszültség és frekvencia egyidejű változtatása jelentette, amit a fázisváltónak nevezett bonyolult forgógéppel valósított meg. Ez a szerkezet diszkrét fokozatokban átkapcsolható frekvenciákat szolgáltatott a vontatómotor számára, ennél fogva a mozdony csak diszkrét sebességfokozatokban volt képes tartósan vontatni (25, 50, 75, 100 km/h). Az egyes fokozatok közötti átmenetet továbbra is folyadékindító biztosította, vagyis a folyamatos, veszteségmentes sebességszabályozás még megoldásra várt. Kandó 1931. január 13.-án meghalt, így mozdonyainak, illetve rendszerének fejlesztését más, hasonló kvalitású, kiváló szakemberek vették át. A második világháború elején a MÁV két 4000 LE teljesítményű, 125 km/h legnagyobb sebességű mozdonyt rendelt a Ganz-gyártól. Ezek a Ratkovszky Ferenc (1900-1965) által tervezett 2-Do-2 tengelyelrendezésű mozdonyok négypólusú  aszinkronmotorokkal és egyedi hajtással (minden hajtott tengelyt egy-egy motor hajtott) készültek. Ratkovszky a periódusváltás elvét megtartva növelt teljesítményű fázisváltót és egy attól mechanikailag független aszinkron frekvenciaátalakítót is beépített a mozdonyokba. A két mozdony közül csak az egyik jutott el a futópróbákig, a háborús pusztításban mindkettő megsemmisült. A periódusváltás elvének életképessége azonban egyértelműen igazolást nyert. Az 1940-es évek végén egy új, 3200 LE teljesítményű, 125 km/h sebességű, fázis-periódusváltós, 5 tengelyes, BoCo tengelyelrendezésű mozdony kifejlesztésébe kezdett a Ganz, amelyben a frekvencia változtatása pólusátkapcsolással és a mágnesmező forgásirányának változtatásával történt. 12 db készült belőle (ez volt a V55-ös), de az elektrotechnikának egy szintén forradalmian új eszköze, a félvezető dióda megjelenése miatt azonnal elavulttá vált.

 

Egy gyártásba nem került prototípus, a V 44 001 pályaszámú villanymozdony futópróbája a hegyeshalmi vasútvonal Vértesben kanyargó szakaszán, 1943. október 8.-án. A két mozdony a háború során megsemmisült.

A V44-es jellegrajza 1939-ből

Egy nagyszerű gondolat evolúciója A Kandó-rendszer fejlesztése a második világháború miatt megtorpant, és mire a háború után az ipar magához tért, eredeti formájában elavult. A háborút követően előtérbe került az ignitron néven ismert egyenirányító eszköz, mely alkalmasnak bizonyult a vasúti vontatásban történő felhasználásra, és lökést adott a vasútvillamosításnak az Egyesült Államoktól a Szovjetúnióg világszerte, Magyarország kivételével. A MÁV vonalain sohasem futott ignitronos mozdony, Magyarország átugrotta ezt a fejlődési fokot. 1947-ben a Bell Laboratóriumban feltalálták a tranzisztort, ezzel egy új szereplő került reflektorfénybe a történelem színpadán: a szilíciumlapka. 1956-ban megjelentek az első teljesítménydiódák, a ’60-as évek elejére pedig elérték azt a fejlettségi szintet, hogy mozdonyokba történő beépítésre is lehetett gondolni. A teljesítménydiódával olyan eszközhöz jutottak a mérnökök, amellyel egy több mint háromezer alkatrészt tartalmazó, bonyolult forgógép nem kelhetett versenyre. Megszületett a fokozatkapcsolós egyenirányítós mozdony, amelynek magyarországi képviselője az 50 periódusú vasútvillamosítás koncepcióját felkaroló nyugat-európai munkaközösség által tervezett, a Ganzban licenc alapján gyártott jó öreg V 43-as.

Kandó „arspoetikájának” az ipari frekvenciás nagyfeszültséggel történő vasútvillamosításra vonatkozó része az évtizedek során helytállónak bizonyult. Az egyenáramú soros gerjesztésű motoroknak a vasúti vontatásból történő száműzésére való törekvése viszont a Kandó által tervezett, hungarikumnak tekinthető, egy forgógépbe integrált transzformátor, szinkronmotor-és generátor nem igazán lett sikeres. Bár a célkitűzés helyes volt, Kandónak még nem álltak rendelkezésére a teljesítményelektronika ma már ismert eszközei, amelyek főszereplői nem komplikált forgógépek, hanem a bórral vagy foszforral szennyezett szilíciumlapka. Koncepciójának ezt a részét az elektrotechnikának egy sokkal fejlettebb szintjén, a mai frekvenciaváltós hajtásnak nevezett megoldással sikerült megnyugtatóan megvalósítani. A mai tirisztorokkal, IGBT-vel megvalósított frekvenciaváltók voltaképpen Kandó fázisváltójának reinkarnációiként foghatók fel. Legfejlettebbnek ma a többáramnemű, frekvenciaváltós + aszinkronmotoros vontatójárműveket tekintjük. Ily módon akár a hamvaiból feltámadó főnixmadár, feltámadt a korát megelőző koncepció, teljesült Kandó Kálmán álma, hogy a kényes és nagy karbantartás-igényű kommutátoros motor helyett igénytelen aszinkronmotorral hajtott mozdonyok falják a kilométereket, amelyek nem kívánnak mást csak áramot, és az elkopott fogaskerekek cseréjét.

1945 nyarán Budapestre látogatott egy külföldi delegáció, tagjai megtekintették azt a helyet, ahol a Kandó mozdonyokat építették és karbantartották. A küldöttség egyik tagja óvatosan puhatolózva kérdéseket tett fel minden irányban az 50 Hz-es magyar vasútvillamosítással kapcsolatban, a válaszokat pedig élénk figyelemmel hallgatta. Ez az ember Mr. Louis M. Armand (1905-1971) volt, a francia nemzeti vasúttársaság (SNCF) későbbi elnöke, és az európai 50 Hz-es vasútvillamosítás ügyének talán legfontosabb hajtóereje. Később gyakran emlegette Magyarországon szerzett ismereteit, és mindig nagyra tartotta Kandó Kálmán munkásságát. Annak ellenére, hogy a technikai fejlődés hamar túllépett rajtuk, Kandó mozdonyainak történelmi küldetése volt: lehetőséget adott a magyar gazdaság számára, hogy elkerülje a szénhiányból eredő összeomlást.