Войной токов или битвой токов называют события, происходившие с конца 19 века по начало 20 века. Сложно поверить, но в то время внедрение электричества сопровождалось нешуточными страстями, связанными с жесткой конкуренцией двух концепций. Имелось, как минимум, два взгляда на способ освещения улиц электроэнергией. Первый - при освещении улиц используются дуговые лампы, работающие на переменном токе высокого напряжения (AC); второй - использование ламп накаливания низкого напряжения, работающих на постоянном токе (DC), производимых компанией Томаса Эдисона.
Поскольку сейчас мы пользуемся переменным током, то кажется очевидным, что по совокупности факторов постоянный ток уступил место переменному. Но если бы было все так однозначно, то не появилась бы эта статья.
Вокруг чего борьба?
Борьба происходила вокруг нескольких фактов. Чтобы подавать в сеть переменный ток, требуется предварительно синхронизировать генератор переменного тока с подключаемой энергосистемой. В переменном токе, изменяющемся по гармоническому закону, следить нужно за амплитудой, фазой и частотой. Это минус такой технологии.
Увеличение расстояния при передаче энергии сопровождается повышением суммарного электрического сопротивление проводов, происходит нагрев проводов и связанные с этим потери энергии. Утолщение проводов снижает потери электричества из-за снижения сопротивления проводников. Второй путь уменьшения потерь - увеличение напряжения в сети (что приводит к уменьшению силы тока). Никаких трансформаторов постоянного тока (DC-DC преобразователей) в те времена не существовало. На пути от электростанции до потребителя использовалось низкое напряжение от 100 до 200 вольт. Это не позволяло передавать потребителю большие мощности на значительные расстояния, в те времена 1,5 километра уже было хорошим достижением. Очень длинный минус постоянному току.
Компанией Джорджа Вестингауза продвигалась технология с переменным током. Его преимущества в сравнительной простоте повышения и понижения напряжения. Это давало возможность как передавать энергию на большие расстояния с малыми потерями, используя высокое напряжение, так и питать осветительные приборы низким потребительским напряжением.
Правила меняются
Весьма символично, что в 2007 году в Нью-Йорке главный инженер коммунальной компании перерезал символический кабель постоянного тока, обозначив, что спустя 125 лет после электрификации города Эдисоном произошел тотальный переход на переменный ток. В следующем году (2008) компания Tesla выпускает свой первый массовый электромобиль. Как показала жизнь, заново изобретенное средство передвижения появилось вовремя, продажи весьма высокие.
Основная деталь электромобилей, если можно так выразиться, это аккумуляторная батарея, которая, как известно, выдает постоянный ток. И это еще не самое главное, зарядка такой батареи требует постоянный ток. Сопряжение активно развивающейся инфраструктуры с уже устоявшейся требует использования дополнительного оборудования, что приводит к дополнительным расходам на приобретение такового, на потери энергии при преобразовании с переменного тока на постоянный и на охлаждение этих преобразователей.
И если бы появление массовых электромобилей было единственной причиной задуматься... Повсеместное применение солнечных батарей, генерирующих постоянный ток вынуждает дополнительно расходовать средства на аккумуляторы и инверторы только лишь для того, чтобы привести параметры тока к устоявшимся.
Суперконденсаторы также способны потеснить аккумуляторные батареи ввиду отсутствия потерь на преобразование электрической энергии в химическую. Необходимо лишь добиться сравнимой плотности запасаемой энергии. Несложно догадаться какой ток они выдают и каким заряжаются.
Аккумуляторные, солнечные батареи, суперконденсаторы - все это стало нашими помощниками и генерирует постоянный ток. Всяческие попытки сопряжения с системой переменного тока требует затрат и приводит к потерям энергии. Не пора ли пересмотреть наши взгляды на постоянный ток?
Что будем с этим делать?
За сотню лет использования переменного того вполне объяснимо, что мир основательно "подсел" на сложившийся ход вещей. Астрономические суммы потрачены на создание масштабных энергосистем.
В наше время стало возможным не то что передавать энергию потребителям на расстояние более 1,5 км, но направлять ее в те части света, где существует ее недостаток. Так, например, потребность работающих промышленных предприятий в энергии может быть закрыта путем ее перенаправления с тех регионов, где сейчас ночное время и потребление энергии снижено. Более того, стало возможным продавать энергию за рубеж.
Какое видение использование постоянного тока у авторов статьи? Проблема передачи постоянного тока на большие расстояния решается путем использования DC-DC преобразователей. Они повышают и понижают напряжение в сети. Постоянное напряжение преобразуется в переменное, как правило, с частотой несколько десятков и даже сотен килогерц, повышается (понижается), а затем выпрямляется и подается в нагрузку. Такие преобразователи часто называются импульсными.
Далее, в тех сферах деятельности, где мы еще не увязли в использовании переменного тока можно существенно сократить расходы на оборудование. Например, как будет выглядеть цепочка оборудования после солнечной панели при переходе к постоянному току:
Что будет при использовании ветряных двигателей:
Топливные ячейки:
Суперконденсаторы:
Маховичный источник энергии:
Микротурбина:
И, наконец, при питании от аккумуляторной батареи количество дополнительных средств также снижается:
Выводы
Широкое использование постоянного тока будет зависеть от многих факторов. Например, как скоро появятся потребители энергии, работающие от розетки постоянного тока. Вместе с потребителями неплохо было бы обзавестись счетчиками и другим необходимым оборудованием. В целом, при решении этих задач, обратный переход на изобретения Эдисона выглядит довольно привлекательно.
Если люди, работающие в сфере энергетики отпишутся в комментариях со своими соображениями, то будет здорово. Не обходите стороной)
Поддержите статью лайком если понравилось и подпишитесь чтобы ничего не пропускать.