V roce 1890 Thomas Alva Edison (General Electrics) a George Westinghouse (Westinghouse Electric) vstoupili do první ekonomické bitvy o technický standard v historii průmyslu. Tato bitva vešla do dějin jako „válka proudů“.
Předmětem sporu byl tržní podíl příslušných elektrárenských společností a používání střídavých nebo stejnosměrných elektrických sítí jako elektrického standardu ve Spojených státech amerických.
Edison obhajoval stejnosměrný proud (DC) a registroval mnoho patentů v této oblasti, za což draze zaplatil.
V důsledku toho byla omezena volná hospodářská soutěž a inovace. Kvůli těmto patentovým omezením Westinghouse upřednostňoval střídavý proud (AC), který byl podle patentového práva zdarma.
Do konce roku 1887 měl Edison 121 stejnosměrných sítí a Westinghouse spolu s Thomson-Houston Electric Company měl v USA 90 střídavých sítí, což bránilo expanzi Edisonových sítí.
Thomas Edison pózuje s elektromobilem Bailey
Všechny společnosti měly vlastní elektrické rozvody, z nichž některé se překrývaly. Po celá léta vedli oba protivníci informační válku a Edison se snažil vyhnat svého protivníka z trhu, přičemž jako důvod uvedl nebezpečí AC na očích veřejnosti.
Velkou výhodou střídavého proudu však byla jeho obrovská distribuce v sítích a nakonec se stal koncem 19. století standardem.
Více informací o Válce proudů najdete na tomto odkazu: Tesla, Edison a válka proudů (AC nebo DC)
HVDC – přenos stejnosměrného proudu
V moderní energetice se se stejnosměrným proudem setkáváme nejčastěji v oblasti elektrické trakce a stále častěji v oblasti přenosu elektrické energie na velké vzdálenosti.
Jednou z prvních aplikací stejnosměrného proudu bylo městské osvětlení s obloukovými lampami. Tyto sítě se rozvíjely hlavně ve velkých městech USA. První osvětlovací systém využívající Edisonovy lampy byl postaven na Manhattanu (New York) v roce 1882, kdy šest obřích dynam sloužilo na ploše asi 2,5 km2.
Největší nevýhodou DC se ukázala nemožnost snadno a efektivně měnit napětí, takže stroje musely být napájeny napětím generátoru.
Distribuce elektřiny na nízkém napětí bránila přenosu elektřiny na vzdálenosti přesahující několik kilometrů – na delší vzdálenosti se projevily úbytky napětí na vedení a stejně vysoké ztráty. Neschopnost snadno převádět různé úrovně stejnosměrného napětí vydláždila cestu střídavému proudu.
Až do 1880. let 1884. století nebyl střídavý proud vnímán jako vhodná alternativa stejnosměrného proudu. Zlom nastal v letech 1885 a XNUMX s vynálezem prvního transformátoru s uzavřeným magnetickým jádrem, který umožňoval snadno a efektivně převádět střídavé napětí.
Dalším krokem bylo praktické využití střídavého proudu. V roce 1888 představil Nikola Tesla svůj první vícefázový střídavý motor (dvoufázový indukční motor), který byl schopen konkurovat moderním stejnosměrným strojům.
Vítězství střídavého proudu nad stejnosměrným bylo jednoznačně potvrzeno v roce 1891, kdy se uskutečnil první dálkový přenos s 3fázovým systémem – 3 kW 75fázový asynchronní motor byl úspěšně napájen na vzdálenost přibližně 175 km. Přenos probíhal při střídavém napětí 15 kV, později při 25 kV.
K návratu stejnosměrného proudu do systémů přenosu energie došlo ve 1930. letech XNUMX. století s vynálezem rtuťových usměrňovačů, díky nimž bylo mnohem snazší převést vysoké střídavé napětí na stejnosměrné než do té doby používané rotační měniče.
V roce 1954 bylo spuštěno první komerční vysokonapěťové stejnosměrné vedení (HVDC), které spojovalo pobřeží Švédska s ostrovem Gotland. To otevřelo cestu pro další komerční aplikace stejnosměrného přenosu.
Dalším důležitým milníkem je objev tyristorových měničů. Na jaře 1967 byl instalován první tyristorový měnič, opět na Gotlandské lince, místo původního rtuťového měniče.
V následujících letech se tyristorové měniče rozšířily. V současné době se kromě tyristorových měničů používají také tranzistorové měniče (zejména IGBT tranzistory).
Vedení stejnosměrného proudu (HVDC).
Běžná aplikace pro stejnosměrný přenos je v dlouhých kabelových vedeních, zejména v ponorkách: dlouhé kabelové vedení nemohou používat střídavý proud kvůli jejich malé šířce pásma.
Další stále oblíbenější aplikací stejnosměrných přenosů je přenos velkých výkonů v řádu tisíců MW na velké vzdálenosti.
V podstatě se bavíme o získávání energie ze vzdálených zdrojů (například velkých vodních elektráren), často nacházejících se stovky a tisíce kilometrů od odběrných míst.
Hovoříme také o připojování zátěží, které jsou velmi vzdálené od přenosových sítí (například velké doly, ropné plošiny). Se stále se zvyšujícím tlakem na využívání obnovitelných zdrojů se budují velké farmy a parky, solární i větrné.
Větrné elektrárny se často nacházejí na moři, kde jsou lepší povětrnostní podmínky. Stejnosměrný přenos je navržen jako vhodná a v některých případech jediná možnost pro efektivní a spolehlivou dopravu vyrobené elektřiny do energetických odběrných míst.
Přečtěte si více o využití stejnosměrného proudu pro přenos elektřiny na velké vzdálenosti, viz zde: Stejnosměrný přenos v elektroenergetice
Elektrické rozvodné sítě dnes
1. Zvýšená spotřeba energie
Oproti konci minulého století výrazně vzrostla spotřeba elektrické energie. Elektrifikace domácností a podniků vede k trvalému nárůstu spotřeby elektřiny.
V příštích letech se očekává explozivní růst, zejména s přechodem na elektrická vozidla. Nárůst počtu nabíjecích stanic pro elektromobily způsobí vážné problémy stávající infrastruktuře.
Rostoucí spotřeba energie v IT sektoru s nárůstem počtu datových center také spotřebuje velké množství energie.
2. Zvyšování nákladů na energii
Cena elektřiny pro soukromé domácnosti má ve většině zemí po mnoho let rostoucí trend. Například v Německu se cena elektřiny za 20 let více než zdvojnásobila. A trend je stále na vzestupu.
V této souvislosti je zajímavou alternativou nezávislá výroba a využití elektřiny. Vzhledem k nízké návratnosti sítě se samoukládání energie stává stále důležitějším tématem pro majitele domů, aby dále snížili účty za energie a získali nezávislost prostřednictvím energetické optimalizace.
3. Obnovitelné zdroje energie a energetický přechod
Obnovitelná energie je dodávána nepravidelně. Když slunce nebo vítr vyrábí energii, neznamená to, že se tato energie zároveň někde spotřebovává.
Závažným problémem je průběžné znehodnocení nárůstu výroby elektřiny. To je důvod, proč, když se výroba energie blíží nule, je zapotřebí konvenčních elektráren, aby i nadále sloužily všem spotřebitelům.
Energetický přechod v současnosti nelze realizovat bez tradičních technologií ve velkých sítích. Jedná se o systémový problém související s výrobou „staré“ a „nové“ energie a také s řízením velmi nerovnoměrného objemu výroby a spotřeby energie.
4. Zvyšování kapacity elektrických sítí
Obrovské množství výroby energie z obnovitelných zdrojů energie, stejně jako rychlý růst spotřeby energie, vytváří obrovské problémy pro stávající přenosová vedení.
Rozšiřování sítí, aby vyhovovaly novým požadavkům, je nákladné. Vysoké špičky ve výrobě a spotřebě energie v různých časech musí být neustále vyrovnávány a obecně regulovány. A energetický přechod v roce 2050 vyžaduje ještě větší fotovoltaické pokrytí. Kvůli špatnému připojení k síti často ani nelze využít plnou kapacitu FV systému.
Výroba elektřiny pomocí fotovoltaických panelů
Svět se mění – Aktuální válka 2.0
Pro centralizované napájení s centralizovanou výrobou energie má střídavý proud určité výhody. Výroba elektřiny po celém světě se však stále více decentralizuje prostřednictvím obnovitelných zdrojů energie, jako jsou malé fotovoltaické systémy instalované na střechách mnoha domů a rostoucí počet velkých fotovoltaických elektráren.
S regionálními stejnosměrnými sítěmi a jejich kratším dosahem mohou být velké AC sítě značně odlehčeny.
Ruku v ruce s energetickými společnostmi je možná vzájemná podpora prostřednictvím usnadnění sítě a energetické účinnosti. Výrobní špičky již není třeba vyrovnávat, lze je spotřebovávat nebo skladovat přímo na stejnosměrné síti.
Ušetří se vysoké náklady na rozšíření AC sítí. Navíc lze využít plný potenciál fotovoltaických systémů přímo ve stejnosměrné mikrosíti.
Jak bude fungovat dům zítřka na DC:
Vize mnoha malých decentralizovaných DC sítí je stále v plenkách. Díky vysoké energetické účinnosti je tato technologie stále oblíbenější.
Ve skutečnosti solární energii generovanou stejnosměrným proudem již nebude třeba přeměňovat. Půjde přímo ke stejnosměrným spotřebitelům, jako jsou tepelná čerpadla, baterie nebo elektromobily.
Tepelné čerpadlo v domě
Domácí stejnosměrná elektřina může být nyní využívána s mnohem nižšími ztrátami (bez ztráty při přeměně AC na DC). Pro spojení mezi výrobci a odběrateli elektřiny bude použit speciální stejnosměrný napájecí kabel (DC link).
V závislosti na spotřebiteli je stejnosměrná energie buď přímo posílána stejnosměrným spotřebitelům prostřednictvím měničů DC-DC a střídavým spotřebitelům prostřednictvím invertorů, které převádějí stejnosměrný proud na střídavý.
V blízké budoucnosti se na celém světě bude jednat o částečný nebo úplný převod obytných čtvrtí, obchodních podniků či jiných velkých budov na stejnosměrný proud. Osvětlovací systémy, elektronické nabíjecí stanice nebo palivové články mohou využívat přímo stejnosměrný proud.
Mnoho elektrických spotřebičů, jako jsou tepelná čerpadla nebo infračervené ohřívače, lze napájet přímo ze stejnosměrné sítě.
Komerční společnost může řídit elektromotory svých strojů přímo z vlastního solárního systému prostřednictvím frekvenčních měničů. Mnoho je možné, mnoho leží v krabici myšlenek, mnoho se mění.
Již byl vytvořen nový výkonný standard USB Power Delivery 4.0, který dokáže dodat 100 wattů. Díky této technologii je možné současně přijímat energii i data.
Nově je možné postavit chytrou domácnost z propojených zařízení, která spolu komunikují bez méně spolehlivé a bezpečné Wi-Fi a elektroinstalace se stane základem internetu věcí.
Elektrické rozvody by nemusely být vedeny uvnitř stěn, mohly by být nalepeny na stěnu jako lepicí páska a jednoduše přetřeny. A vše, co k němu bude připojeno, bude levnější a spolehlivější, protože v tomto případě nebude potřeba transformátorů a usměrňovačů pro každé připojené zařízení, které mění střídavý proud na nízkonapěťový stejnosměrný proud.
Kuchyně a koupelna by měly mít větší dráty pro přenášení nákladů potřebných k provozu lednice, pračky nebo klimatizace. Ale i ty mohou být efektivnější při provozu na stejnosměrný proud díky frekvenčním měničům.
Používání VFD je na vzestupu, protože přizpůsobení rychlosti motoru podle potřeby může nejen šetřit energii, ale také optimalizovat provoz. Například možnost jemného doladění rychlosti motoru klimatizace může zvýšit teplotu v místnosti a podmínky.
Domácí elektroinstalace budoucnosti poběží na stejnosměrný proud
Vědci tvrdí, že použití stejnosměrného proudu může snížit spotřebu elektřiny o 20 procent. Přidejte počáteční úsporu na levnějších LED žárovkách a úspora je mnohem větší.
Nic z toho není novinkou pro lidi, kteří žijí v karavanech nebo na jachtách. Už mnoho let žijí ve světě DC – ve své vlastní mikrosíti. Pokroky ve výrobě LED a klesající cena solární energie však činí tento životní styl stejně pohodlným jako život v domácnosti připojené k běžné elektrické síti.
Dům budoucnosti s nulovou spotřebou energie poběží na stejnosměrný proud a všichni možná budeme řídit Edisony místo Tesly.
Co si o tom myslíš? Podělte se v komentářích!
Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie doma i v práci » Elektřina v domě
