Передача, распределение и накопление электроэнергии

Постоянный ток: грядёт ли революция?

20 ноября 2019 г. в 10:26

Гениальный изобретатель Томас Эдисон сделал ставку на постоянный ток и проиграл. Но сегодня постоянный поток ищет новых чемпионов.

Томас Эдисон считается одним из величайших изобретателей в истории. Являясь создателем таких изобретений, как фонограф и электрическая лампочка, он имеет 1093 патента на свое имя. Эдисон запустил свою первую электростанцию в 1882 году, которая, среди прочего, обеспечивала электроэнергией Уолл-стрит в Нью-Йорке. Электростанция использовала постоянный ток.

Одновременно сотрудник Эдисона Никола Тесла успешно развивал динамо-машину. Но у хорватского ученого была другая идея. Вместо постоянного тока Тесла сосредоточился на развитии переменного тока. После спора с Эдисоном, Тесла продолжил свою работу с соперником Эдисона Джорджем Вестингхаусом. Переменный ток показывал очевидные преимущества. Для передачи на большие расстояния напряжение может быть легко отрегулировано с помощью трансформаторов. Используемый кабель также может быть тоньше и, следовательно, дешевле. Вместо признания этих преимуществ и поддержки переменного тока, Эдисон настаивал на своем и пытался дискредитировать своих конкурентов. Эдисон утверждал, что недавно изобретённое электрическое кресло было оснащено технологией его соперников. Его послание было простым: переменный ток обречен. Хотя его кампания была успешной, победа Эдисона длилась недолго. Чикагская всемирная ярмарка 1893 года была оснащена оборудованием, использующим переменный ток, предвещая покорение электрической революции 20-го века.

Позже Томас Эдисон признался сыну: «Я думаю, что момент, когда я отказался поддерживать переменный ток, был самой большой ошибкой в моей жизни».

Постоянный ток: возрождение старой технологии

Solar Smart Grid
Solar Smart Grid на Гаити

Сегодня, спустя 86 лет после смерти Эдисона, есть признаки того, что великий изобретатель не так уж и ошибался относительно постоянного тока, как когда-то считали люди. Идеи Эдисона становятся снова актуальными, так как ряд последних событий делает постоянный ток более привлекательным.

Раньше электричество производилось переменным током в генераторах крупных угольных или атомных электростанций, а также в гидротурбинах. Они распределяют энергию через сеть переменного тока. Трансформаторы позволяют увеличить напряжение до нескольких сотен тысяч вольт, удерживая ток в кабелях. Но сейчас ряд поставщиков электроэнергии становятся на путь использования постоянного тока. К ним относятся, например, солнечные электростанции, которые обычно поддерживаются батареями или электрохимическими системами хранения. Преобразование постоянного тока в переменный неизбежно связано с потерями, что делает сеть постоянного тока лучшим выбором для этих поставщиков.

Централизованное и децентрализованное энергоснабжение

Крупные электростанции уже давно доминируют в сегменте поставщиков электроэнергии, централизованно распределяя свою энергию в окружающие районы. Но рост использования возобновляемых источников энергии приводит к тому, что сеть становится более децентрализованной и более локальной, причем электричество часто потребляется там, где оно генерируется.

Преимущества переменного тока здесь бесполезны. Но даже на больших расстояниях переменный ток не идеален. Потери при передаче электроэнергии на расстоянии значительно увеличились. Именно поэтому Китай строит сложные электросети на основе высоковольтных линий передачи постоянного тока (также известных как HVDC), которые способны передать большое количество энергии от гидроэлектростанций в глубине страны к шумным городам на побережье. В Германии правительство также планирует построить две подобные линии для передачи избыточной энергии ветра с побережья на юг. Линии передачи HVDC в два раза дороже, чем обычные системы. Однако из-за меньших потерь энергии эти расходы окупают себя с расстояния около 400 километров или всего 60 километров в случае плавучих ветропарков.

Линии HVDC в настоящее время являются чрезвычайно надежными. Высокопроизводительная электроника позволила достичь прогресса в преобразовании энергии, что позволяет конвертировать прямые токи до 800 000 вольт без трансформатора.

Электричество в жилых домах и на фабриках распределяется либо по низковольтным электросетям, либо через штепсельные разъемы, либо через трехфазные токовые соединения. Все большее количество электроприборов требует постоянного тока. Компьютеры, светодиодные лампы и другие электронные устройства работают на постоянном токе и ранее требовали трансформатора для преобразования. В ближайшие годы к этому списку добавятся электромобили. В промышленном оборудовании все чаще используются преобразователи частот со звеном постоянного тока для регулирования скорости. Сети постоянного тока с преобразованием центрального напряжения сделают все эти трансформаторы ненужными. На данный момент в автомобильной промышленности уже есть пилотные проекты, в которых комплексное производственное оборудование функционирует исключительно с постоянным током. У них также есть батареи для кратковременного хранения энергии.

Увеличение потерь энергии при использовании постоянного тока

Наиболее убедительным аргументом в пользу этого изменения является эффективность. Когда угольные и атомные электростанции подают напряжение в сеть с переменным током, который затем потребляется непосредственно лампочками и пылесосами, его эффективность составляет около 65 %. Другими словами, около трети электрической энергии теряется, например, за счет потерь тепла.

Сегодня ситуация заметно усугубилась. В результате использования фотогальванических систем и электростанций, наряду с увеличением использования батарей, все больше и больше электроэнергии подается в сеть, которая сначала должна быть преобразована из постоянного тока в переменный, что приводит к ее потерям. Потребители также страдают. Нагревающиеся адаптеры являются свидетельством потерь энергии. Это означает, что эффективность нашей энергосети составляет всего лишь 56 %. Следовательно, необходимо фундаментальное переосмысление этих процессов.

Альтернативой является использование технологий постоянного тока (DC), таких как высоковольтные линии передачи постоянного тока (HVDC) для подачи электроэнергии на большие расстояния, вместе с низковольтными сетями постоянного тока в домашних хозяйствах и промышленности. Они могут быть напрямую подключены к электронным устройствам или промышленным приводам без необходимости использования адаптера или трансформатора. При использовании фотогальванической системы на крыше жилого дома и электромобиля в гараже эффективность будет непревзойденной. Электрическая сеть, систематически настроенная на постоянный ток, обеспечит общую эффективность в 90 %. Если эффективность будет всего на 10 % выше, тогда две крупнейшие угольные электростанции в Германии могут быть отключены. Это позволит сэкономить 63 миллиона тонн CO2, или 12 % от общего объема выбросов электростанций в Германии. Для оксидов азота этот показатель еще выше — 29 %.

Технические и экономические проблемы перехода на постоянный ток

Технические и экономические проблемы перехода на постоянный ток

Несмотря на то, что высоковольтная передача постоянного тока в настоящее время является проверенной и общепринятой технологией, по-прежнему существует ряд технических и экономических вопросов, в том числе о сетях с низким напряжением, на которые необходимо ответить:

  • Сможет ли постоянный ток заменить переменный в широком спектре применений?
  • Будут ли обе технологии продолжать существовать одновременно друг с другом?
  • Как могло бы выглядеть подобное сосуществование?
  • Какие технические и экономические препятствия необходимо преодолеть?
  • Какие меры безопасности будут необходимы и одновременно эффективны?
  • Какие изменения потребовал бы переход на постоянный ток в сети и как это повлияет на потребителей?

Преимущества такого «переключения» настолько значительны, что не может быть никаких сомнений в том, что приближается смена парадигмы. Обладая серьезным опытом в области разработки соединительных технологий, LAPP сразу же занимает здесь ведущее положение.

Компания является ассоциированным партнером в рамках проекта DC-INDUSTRIE, входящего в 6-ю программу исследований энергетики, которая проводится федеральным министерством экономики и энергетики Германии (BMWi). Исследовательский проект DC-INDUSTRIE посвящен вопросу о том, как можно создать сети постоянного тока с центральным процессом конверсии в качестве альтернативы энергосбережению, особенно при эксплуатации оборудования на производственных линиях, а также о том, как лучше использовать возобновляемые источники энергии.

Георг Ставови, член правления по инновациям LAPP: «В компании LAPP мы видим большой потенциал в постоянном токе и можем способствовать исследованиям данного направления с нашими обширными знаниями».

Источник: Компания LAPP

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Информация о компании

Lapp Russia — дочернее предприятие холдинга LAPP в России, мирового инновационного производителя и системного поставщика кабелей, проводов, кабельных аксессуаров для различных отраслей: электротехники, энергетики, машиностроения, нефтегазовой, производства промышленного оборудования, автомобильной промышленности и многих других. Производитель и поставщик кабельно-проводниковой продукции под торговыми марками: ÖLFLEX®, UNITRONIC®, SKINTOP®, HITRONIC®, FLEXIMARK®, SILVYN®, EPIC®.
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Реле: реле времени, твердотельные реле, тепловые реле, реле контроля фаз, реле тока

РЕЛЕ (от французского relais) — электромеханическое устройство (переключатель), предназначенное для коммутации электрических цепей при заданных изменениях электрических или неэлектрических входных величин. Различают электромагнитные, пневматические и температурные реле. В электронной схемотехнике иногда электронные блоки с функцией переключения цепи по изменению какого-либо физического параметра также называют реле. Например, фотореле, реле контроля фаз, твердотельные реле, герконовые реле. Основные части электромагнитного реле: электромагнит, якорь и переключатель. Электромагнит представляет собой электрический провод, намотанный на катушку с сердечником из магнитного материала. Якорь — пластина из магнитного материала, через толкатель управляющая контактами. При пропускании электрического тока через обмотку электромагнита возникающее магнитное поле притягивает к сердечнику якорь, который через толкатель смещает, и тем самым переключает контакты. Переключатели могут быть замыкающими, размыкающими, переключающими.
Бахарев Денис · ПКС · 25 марта · Россия · г Москва
Реле: реле времени, твердотельные реле, тепловые реле, реле контроля фаз, реле тока

ПРОДАМ: ZE025XA Tesla. 2Ц2С. 6Н7С. 6И1П. ИН-19Б. ИВ-6, ИВ-8. ГМИ-38. ИФП-800.

Лампа генераторная (тетрод) ZE025XA Tesla. 1984 года выпуска, в индивидуальных упаковках. Новые. В наличии 23шт. Лампы с хорошим усилением, проверенные, с гарантией! Цена: 2750р за 1шт Лампа (кенотрон) 2Ц2С. С хранения. В наличии: 120шт по 40р/шт. Лампа (двойной триод) 6Н7С. Групповая упаковка по 100шт. В наличии 89 шт. Цена: 60р/шт. Упаковка немного подпортилась от времени. Лампа (триод) 6И1П. С хранения, в групповой упаковке. В наличии: 100шт по 45р/шт Индикатор ИН-19Б. С хранения, в упаковке. В наличии: 100шт. Цена: 100р/шт. Индикатор ИВ-6. С хранения, в упаковке. В наличии: 150 шт. Цена: 70р/шт. Индикатор ИВ-8. С хранения, в упаковке. В наличии: 1000 шт. Цена: 70р/шт. ГМИ-38 76г 1шт. ИФП-800 36шт. Цена: 300руб/шт. Я на Авито (Отзывы моих покупателей и все мои лоты в трех моих профилях.): https://www.avito.ru/engels/kollektsionirovanie/tester_tsifrovyh_liniy_morion_-_e100_926814545 https://www.avito.ru/engels/kollektsionirovanie/blok_taymera_na_indikatore_p-571_1848613170 https://www.avito.ru/engels/kollektsionirovanie/tsirkulyator_ferritovyy_ftsk3-37._termometr_etp-m_1453560425 Отправим: почтой, транспортной компанией, в Москву на Митино — привезем сами. Возможна авито -доставка через сайт Авито (в постамат, почтой России, Авито x EXMAIL или Боксберри). Наличный-безналичный расчет.
Ковынёва Ольга · Вчера · Россия · Саратовская обл
ZE025XA Tesla. 2Ц2С. 6Н7С. 6И1П. ИН-19Б. ИВ-6, ИВ-8. ГМИ-38. ИФП-800.

ПРОДАМ: Мощные светодиодные трековые светильники

В последние несколько лет, всё чаще, владельцы, управляющие, главные инженеры или электрики магазинов и торговых сетей, стараются заменить устаревшие металлогалогенные трековые светильники мощностью 70 Вт или 150 Вт и подобрать им аналог из современных светодиодных (LED) трековых светильников (track lighting). Как известно, металлогалогенные лампы обладают большим световым потоком и заменить их светодиодным источником света мощностью 30-35 Вт не всегда удаётся, особенно если к освещению магазина предъявляются повышенные требования. В данном случае в силу вступает световая артиллерия в виде диодных трековых светильников мощностью от 40 до 60 Вт и высокими показателями светового потока (люмен/ватт).
Бабкин Евгений · Релайт Групп · 22 марта · Россия · г Москва
Мощные светодиодные трековые светильники

ПРОДАМ: Реле тока утечки РТУ-300-120

ссылка для заказа на сайте elec.ru https://www.elec.ru/market/rele-toka-utechki-rtu-300-120-aktsija-14973086710.html Реле тока утечки «РТУ-300-120» предназначено для: 1. Контроля дифференциального тока утечки в однофазных и трехфазных сетях переменного тока питания цифрового оборудования, где отключение питания является недопустимым. 2. Контроля уровня тока утечки в цепях системы защитного и рабочего (технологического, функционального) заземления. Трансформатор тока в комплекте. Преимущества Единственный производитель дифференциального реле в России Микропроцессорное управление Импульсный блок питания Конструкция Реле РТУ-300-120 выполнено в корпусе для установки на DIN-рейку. В комплекте с реле поставляется токовый трансформатор. На передней панели прибора находятся светодиодные индикаторы «Сеть», светодиодная шкала уровня тока утечки (дифференциального тока), переключатель уровня тока утечки, регулятор времени задержки на срабатывание, кнопка «ТЕСТ» и «СБРОС». Контакты «ТТ1» и «ТТ2» — подключение токового трансформатора, «N» и «L» — контакты подключения питания модуля, 14 и 11 — «сухие» контакты реле сигнализации. Цепи питания, измерения и контакты выходных реле гальванически разделены. Сечение проводов для подключения 0,5…1,5 мм² Напряжение питания, В ~220 +10/-20%, 50 Диапазон рабочих температур (без конденсата), оС -40 … +60 °С Коммутируемый ток контакта (АС1 250 В) max 5 А Потребляемая мощность, не более 1 Вт Уставка тока утечки 5, 10, 20, 30, 50, 100, 150, 200, 250, 300 мА Гистерезис вкл./выкл. сигнализации на пороговых значениях, не более 5% Временная задержка на вкл. сигнализации при превышении уставки тока утечки (регулир.) 0-4 с Стойкость к воздействию механических ВВФ (ГОСТ 17516.1-90) М25 Масса, кг 0,15 кг Габаритные размеры, мм 35×90×60 мм Гарантия, мес 24 Наши специалисты готовы провести консультации по электрооборудованию, помочь подобрать оптимальную модель, ответить на Ваши вопросы. Вы можете оформить заказ любым удобным для Вас...
Смолич Елена · НПК Электроэнергетика · 25 марта · Россия · Московская обл
Реле тока утечки РТУ-300-120

ПРОДАМ: Светодиодные лампы общего назначения Е14 и Е27

Светодиодные лампы — это источники света будущего, которые вы можете купить уже сегодня. Основные преимущества светодиодных ламп — это самое низкое энергопотребление и долгий срок службы до 50 000 часов. Не забудем и про повышенную экологичность LED-ламп — этот революционный источник света не содержит ртути, а потому является абсолютно безопасным. Светодиодные лампы е27 и е14 мощностью от 10 до 13,5 ватт обладают наилучшими характеристиками светового потока. Светодиодные лампы — это экономичная и практичная замена ламп накаливания, галогенных ламп и компактных люминесцентных ламп; Led лампы - это высокие показатели светового потока, класс энергосбережения А; экономия электроэнергии до 90%; декоративная форма; отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучения; срок службы ламп до 50 000 часов. Купить качественные недорогие светодиодные лампы можно уже сегодня. Звоните! Заказывайте! Экономьте!
Бабкин Евгений · Релайт Групп · 22 марта · Россия · г Москва
Светодиодные лампы общего назначения Е14 и Е27
Российский производитель и бренд низковольтной аппаратуры: электрооборудования для ввода, распределения и учета электричества, локальной автоматизации технологических процессов, а также комплексных энергоэффективных решений для любой отрасли индустрии.