Stejnosměrný proud: probíhá revoluce?

Typografie
  • Nejmenší Malé Střední Velké Největší
  • Výchozí Helvetica Segoe Georgia Times

Historie distribuce elektřiny začala kupodivu chybou. Geniální vynálezce Thomas Edison vsadil na stejnosměrný proud, ale konflikt, který se označuje jako „Válka proudů“, ve které mu byl konkurentem George Westinghouse se svým střídavým proudem, prohrál.

Dnes ale stejnosměrný proud znamená hledání nových příležitostí, protože způsob, jakým vytváříme, distribuujeme a spotřebováváme elektřinu, se zásadně změnil. Přinese to tak dalekosáhlé změny ve všech oblastech průmyslu včetně spojovacích technologií.

Thomas Edison je považován za jednoho z největších vynálezců v historii. Vynálezce fonografu a samozřejmě elektrické žárovky má na svém kontě 1093 patentů. Edison spustil svou první elektrárnu v roce 1882 a elektrifikoval mimo jiné Wall Street v New Yorku. Elektrárna ve svých 4 obřích dynamech generovala stejnosměrný proud. Tato dynama úspěšně vyvíjel Edisonův zaměstnanec Nikola Tesla. Ale chorvatský vědec měl jiný nápad. Namísto stejnosměrného proudu se Tesla soustředil na střídavý proud. Po neshodách s Edisonem Tesla pokračoval v práci s Edisonovým soupeřem Georgem Westinghousem. Střídavý proud nabízel zjevné výhody.
Napětí lze snadno pomocí transformátorů upravit pro přenos na větší vzdálenosti. Použité kabely mohou být tenčí, a proto i levnější. Místo toho, aby uznal tyto výhody a podporoval střídavý proud, Edison zůstal tvrdohlavý a snažil se zdiskreditovat své dva konkurenty. Edison své tvrzení založil na tom, že nedávno vynalezené elektrické křeslo bylo vybaveno technologií jeho konkurentů. Jeho zpráva byla jednoduchá: střídavý proud je smrtící. Ačkoli jeho kampaň byla úspěšná, Edisonovo vítězství netrvalo dlouho. Světová výstava v Chicagu v roce 1893 byla osvětlena střídavým proudem, předpovídajícím jeho triumf ve 20. století. Později Thomas Edison přiznal svému synovi: „Myslím, že nepodpořit střídavý proud bylo největší chybou mého života.”

revoluce ss proud 1

Obnovení staré technologie

Dnes, 86 let po Edisonově smrti, existují náznaky, že velký vynálezce nebyl až tak vedle se svým stejnosměrným proudem, jak lidé kdysi věřili. Edisonův způsob myšlení by se mohl vrátit zpět, protože řada nedávných změn stejnosměrný proud zatraktivňuje.

Výroba elektřiny:
Dosud je elektrická energie generována střídavým proudem v generátorech velkých uhelných nebo jaderných elektráren, popřípadě ve vodních turbínách. Ty rozdělují energii prostřednictvím AC sítě. Transformátory umožňují zvýšit napětí na několik set tisíc voltů, pro udržení požadovaných proudů s minimálními ztrátami. Ale řada poskytovatelů nyní prosazuje svou cestu do rozvodné sítě pomocí stejnosměrného proudu. Patří sem např. fotovoltaické systémy, které jsou stále více podporovány bateriemi nebo elektrochemickými systémy. Přeměna stejnosměrného proudu na střídavý nevyhnutelně přináší ztráty, čímž se pro tyto dodavatele stává stejnosměrný proud lepší volbou.

Decentralizovaně místo hvězdicovitě

Distribuce energie
Elektrické rozvodné sítě dlouho ovládaly velké elektrárny, které rozdělují svou energii hvězdicovitě do okolních regionů. Nárůst obnovitelných energií však vede k tomu, že síť bude decentralizovanější a menšího rozsahu, přičemž elektřina bude často spotřebována tam, kde je generována. Výhody střídavého proudu zde nehrají roli. Ale ani na dlouhé vzdálenosti není střídavý proud ideální. Přenosové ztráty se výrazně zvyšují. To je důvod, proč Čína buduje komplexní sítě založené na vysokonapěťovém přenosu stejnosměrného proudu (také známý jako HVDC přenos), které přenáší velké množství energie z vodních elektráren ve vnitrozemí do rušných měst na pobřeží. Také v Německu plánuje vláda dvě podobné trasy, aby posílaly přebytečnou větrnou energii z pobřeží na jih. Výstavba HVDC přenosových tras je přibližně dvakrát dražší než výstavba běžných systémů. Kvůli nižším energetickým ztrátám však tato investice stojí za to. Distribuční linky HVDC jsou velmi spolehlivé. Vysoce výkonná elektronika umožňuje pokroky v transformaci energie, a to konverzi stejnosměrných proudů až na 800 000 V bez transformátoru.

Spotřeba energie
Elektřina v domácnostech a továrnách je distribuována prostřednictvím nízkonapěťových sítí, a to buď zásuvkami, nebo třífázovými přípojkami. Stále větší počet elektrických spotřebičů však vyžaduje stejnosměrný proud. Počítače, LED osvětlení a další elektronická zařízení pracují se stejnosměrným proudem a potřebují tak usměrňovače pro konverzi. V nadcházejících letech se k tomu přidají i elektromobily. Průmyslová strojní zařízení stále více využívají frekvenční měniče, které mění konstantní napětí napájecí sítě na stejnosměrné napětí. Z tohoto stejnosměrného napětí vytváří pro trojfázový motor novou trojfázovou síť s proměnlivým napětím a proměnlivou frekvencí. Stejnosměrné rozvodné sítě s centrální konverzí napětí udělají tyto zařízení zastaralými. V automobilovém průmyslu již existují pilotní projekty, v nichž jsou celé výrobní jednotky napájeny výlučně stejnosměrným proudem. Obsahují také baterie pro krátkodobé ukládání energie.

revoluce ss proud 2

Nárůst ztrát

Nejpřesvědčivějším argumentem pro tuto změnu je účinnost. Když uhelné a jaderné elektrárny dodávaly do sítě střídavý proudu, který byl potom spotřebováván přímo žárovkami a vysavači, byla v Německu účinnost dodávky elektřiny spotřebiteli kolem 65 procent. Jinými slovy, zhruba třetina elektrické energie byla ztracena, například díky tepelným ztrátám. Dnes se situace výrazně zintenzivnila. V současné době se situace rychle zhoršuje, protože s přibývajícími fotovoltaickými systémy a elektrárnami spolu s rostoucím využíváním baterií se do sítě dostává stále více proudu, který musí být nejprve převeden ze stejnosměrného na střídavý. Při tom vznikají ztráty. Také na straně spotřebičů: napájecí zdroje jsou horké - hmatatelný důkaz, že tato energie je zmařená. To znamená, že účinnost energetické sítě v Německu klesla na odhadovaných 56 procent a bude i nadále klesat, pokud nedojde k zásadnímu přehodnocení.
Alternativou je použití technologie stejnosměrného proudu, jako je vysokonapěťový stejnosměrný přenos (HVDC), pro přenášení elektrické energie na velké vzdálenosti spolu s nízkonapěťovými sítěmi se stejnosměrným proudem v domácnostech a průmyslu. Ty mohou být připojeny přímo k elektronickým zařízením nebo průmyslovým pohonům bez nutnosti použití adaptérů nebo usměrňovačů. S fotovoltaickým systémem na střeše a elektrickým vozidlem v garáži by byla účinnost nepřekonatelná. Elektrická rozvodná síť, důsledně konfigurovaná na stejnosměrný proud, by dosáhla celkové účinnosti 90 procent. Kdyby byla účinnost jen o 10 procent vyšší, znamenalo by to, že by dvě největší uhelné elektrárny v Německu mohly být vypnuty. Tím by se ušetřilo 63 milionů tun CO2, což je 12 procent celkových emisí elektráren v Německu. U oxidů dusíku by to bylo dokonce 29 procent.

revoluce ss proud 3

Mnoho otevřených otázek

Zatímco vysokonapěťový přenos stejnosměrného proudu je nyní osvědčenou a zavedenou technologií, stále existuje řada nevyjasněných technických a ekonomických otázek na nízkonapěťové straně. Budou stejnosměrné rozvodné sítě nahrazovat střídavý proud v širokém měřítku? Budou obě technologie i nadále existovat vedle sebe? Jak by mohla vypadat taková koexistence? Jaké technické a hospodářské překážky musíme překonat? Jaká bezpečnostní opatření by byla nezbytná a účinná? Jaké změny by vyžadovalo přepnutí na stejnosměrný proud, a to nejen v sítích, ale také u spotřebitelů atd.? Výhody takové změny jsou tak významné, že není pochyb o tom, že dochází ke změně paradigmatu.
V oblasti spojovacích technologií stejnosměrného proudu se se svými znalostmi řadí do pozice lídra společnost Lapp, která má již s těmito produkty první zkušenosti. Jedním z příkladů je sortiment výrobků ÖLFLEX® SOLAR, kabely pro distribuci energie ve fotovoltaických zařízeních. V dalším příkladu společnost Lapp Systems vyvinula nabíjecí systémy pro elektrické a hybridní automobily, jako je Lapp HELIX, spirálový nabíjecí kabel, který se sám svine a ušetří 40 % hmotnosti. Novinkou je pak kabel ÖLFLEX® DC 130 H, který je speciálně určen pro stejnosměrné napětí až do 600 V. Barvy izolace žil a žlutý plášť odpovídají prvnímu návrhu normy VDE.
Společnost Lapp je přidruženým partnerem projektu „DC-INDUSTRIE“, který je součástí 6. výzkumného programu pro energetiku německého federálního ministerstva pro hospodářství a energetiku (BMWi). Výzkumný projekt DC-INDUSTRIE se zabývá otázkou, jak lze vytvářet stejnosměrné sítě s centrálním procesem přeměny jako alternativou úspor energie, zejména při provozu strojních zařízení na výrobních linkách, a jak lépe začlenit zdroje obnovitelných energií. „My v Lappu vidíme velký potenciál ve stejnosměrném proudu a můžeme přispět k partnerství našimi rozsáhlými odbornými znalostmi,“ řekl Georg Stawowy, člen představenstva a technický ředitel odpovědný za technologie a inovace ve společnosti Lapp Holding AG.

revoluce ss proud logo

LAPP KABEL s.r.o.
Bartošova 315, Kvítkovice
765 02 Otrokovice
Tel.: +420 573 501 011
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.lappgroup.cz

Aktuální číslo časopisu

ElektroPrumysl cz prosinec 2017 s

ElektroPrůmysl.cz, prosinec 2017

Prosincové číslo je tematicky zaměřené na měření neelektrických veličin, snímací a regulační techniku.

Najdete nás na Facebooku

Bezplatný odběr časopisu

Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.

Zajímavé odkazy

Jednoduché Řešení s IO-link S IO-Link sběrnicovým modulem a kompetentním poradenstvím společnosti Murrelektronik sázíte na individuální řešení.
Průmyslové klávesnice pro každého Odolné klávesnice do prašného prostředí a vodě odolné.
Nová norma pro požární klasifikaci kabelů Jste připraveni na nový standard? Nová norma EN 50575 se vztahuje na silové, telekomunikační a sdělovací kabely pro trvalé instalace v budovách.
Český výrobce měřicích přístrojů Panelové měřící přístroje, sloupcové zapisovače, velkoplošné displeje, převodníky na DIN lištu, bezpapírové zapisovače, PLC
www.elektroprogramy.cz Kompletní softwarová výbava nejen pro elektrikáře, revizní techniky a projektanty.
Měřicí a testovací přístroje Prodej měřicí techniky a komponent pro rozvaděče, měřicích a testovacích přístrojů a zařízení pro kontrolu elektrické bezpečnosti.
Bezplatný odběr časopisu
Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.
Časopis vychází 1x měsíčně.