Так всё таки переменка или постоянка?
Всё движется по спирали вот и сейчас опять встаёт на повестку "война токов" постоянного и переменного. Сначала получили из вольтовой батареи постоянный ток, точнее напряжение, но оно было крайне неудобно для передачи на большие расстояния поскольку никто не знал как его преобразовать. С изобретением Теслой трансформатора и переменного тока эта задача была решена и уже более 130 лет он успешно применяется повсеместно, но с развитием технологий, инфраструктуры и особенностей нынешнего использования электроэнергии оказалось что переменка уже не панацея и имеет кучу недостатков при всех своих плюсах. Собственно главных плюса всего два - это простота преобразования из одного напряжения в другое и возможность работы асинхронных двигателей при прямом подключении к сети соответствующего напряжения, но дальше начинаются сплошные геморрои, а именно:
1. Это потери при передачи на большие расстояния, казалось бы ну вроде решили проблему, повысили напряжение до 500кВ и больше и что? Да решили вопрос с омическими потерями самих проводов, но появились другие, а именно проблемы с реактивной мощностью, это когда часть переданной энергии потребителю возвращается обратно вызывая потери, это потери на корону вокруг проводов, диэлектрические потери и емкостные потери, которые образуются ёмкостью между как токонесущими проводами так и землёй. Если с реактивной мощностью худо бедно научились бороться всякими компенсаторами, что тоже большой геморрой, то с остальными нет. Прокладка высоковольтной линии переменного тока по кабелю вообще невозможна из за просто чудовищных диэлектрических и емкостных потерь, поскольку токонесущие жилы располагаются физически очень близко, то между ними при большой протяжённости образуется очень большая ёмкость, которую надо перезаряжать туда сюда 100 или 120 раз в секунду, а это чудовищные потери.
2. Проблемы с синхронизацией разных сетей, при их объединении необходимо, чтобы они были строго синхронизированы, как по частоте, так и по фазе, что представляет определённую проблему и при крупных авариях в одной из сетей часто приводит к веерному отключению.
3. Огромные проблемы с рекуперацией.
4. На конец то после нескольких понижений дошло до конечного потребителя, а это производство, жилой и городской сектор, что мы тут видим, а вот тут вылезает ещё такое понятие, как коэффициент использования мощности или POWER фактор. То есть форма тока в идеале должна совпадать с напряжением, но это могут обеспечить только нагревательные элементы. Всё остальное представляет из себя нагрузку с нелинейным потреблением тока. Основную лепту вносят выпрямители. Начнём с наших квартир, осмотритесь, что вокруг потребляет переменку в том виде какое она есть? Да мало что, только нагревательные прибороы. Что остальное - это зарядки для мобильников, компьютеры, мониторы, телевизоры, а также стиралки, кондиционеры и СВЧ печки с инвертором, энергосберегающие лампочки, индукционные плиты потребляют постоянный ток, который получается из переменного выпрямлением. Далее встроенным преобразователем (инвертором) это постоянное напряжение преобразуется в то что конкретно надо данному устройству.
Всё это приводит к тому, что пиковый ток может значительно превышать среднедействующий, что так же ведёт к потерям. Для этого часто устанавливают корректоры мощности, которые по сути представляют из себя ещё один блок питания, но часто по экономическим соображениям их не ставят.
Идём дальше - городская инфраструктура, где львиную долю тратится на освещение и тут всё больше и больше применяют либо светодиодное освещение либо традиционные лампы ДНАТ или ДРЛ но с электронными балластами... ну дальше поняли, всё та же фигня. Выпрямили, преобразовали.
Дальше производство, с освещением понятно, дальше идут станки. Все ЧПУ используют постоянное напряжение для питания своих серводвигателей и даже на обычные асинхронники всё чаще и чаще ставят частотные преобразователи, поскольку ими получается гораздо эффективнее управлять.
Ну вот и подошли к постоянке. С бурным развитием и удешевлением силовой электроники получается переменка становится не нужна и даже вредна. и так рассмотрим чем же хороша постоянка?
1. Все выше перечисленные пункты недостатков переменки отсутствуют
2. Все отдельные сети легко объединяются в одну.
3. Нет проблем с рекуперацией энергии или отдачи выработанной с передачей излишков в общую сеть и сети в общем все становятся более устойчивы.
4. Становится гораздо проще резервирование
5. Размеры трансформаторных подстанций в городах станут гораздо меньше поскольку преобразовать 1 мегаватт с 10 кВ в привычные нам 220/380 будет гораздо компактнее используя преобразователь работающий на повышенной частоте, т.е.размер трансформатора будет раз в 10 меньше, чем сейчас.
Количество высоковольтных линий постоянного тока (напряжения) HVDC постоянно увеличивается и в Китае их уже 70% от всех имеющихся там, так что он в переди планеты всей, дальше идут США со значительным отставанием ну и потом все остальные. В общем по миру их уже сотни и похоже скоро у нас в розетке будет постоянка.