Griglie di alimentazione: CA vs CC

Sappiamo che ora abbiamo 50 / 60Hz nelle nostre pareti per motivi principalmente storici - 100 anni fa non c'erano modi per aumentare / ridurre la tensione CC.

In questi giorni abbiamo solo problemi a causa di ciò - ogni singolo dispositivo venduto deve avere un limite di ~ 1uF per 1 W di potenza prima che la PSU abbia abbastanza energia quando passiamo attraverso 0. (questo problema non esiste in alimentazione trifase, ma è disponibile principalmente nelle applicazioni industriali solo AFAIK) + i cappucci devono avere una tensione nominale più elevata per sopravvivere ai picchi sinusoidali + tutto questo pasticcio PFC.

È corretto affermare che se dovessimo progettare una moderna rete elettrica, salteremmo la corrente alternata e avremmo la corrente continua ovunque? A mio avviso, aumenterebbe significativamente l'affidabilità e ridurrebbe i costi di molti dispositivi.

Guy Allee di Intel Research ha scritto su questo argomento l'anno scorso - DC - Un'idea di cui è giunto il momento? - a supporto di una rete a 380 V CC, con i seguenti punti elenco:

• 7% di risparmio energetico rispetto a 415VAC ad alta efficienza; 28% vs corrente tipica a 208 V CA.
• 15% in meno di costo di capitale
• 15% in meno di componenti PSU
• 33% di risparmio di spazio per il datacenter
• Miglioramento dell'affidabilità del 200%, che arriva al 1000% se si collega direttamente il bus della batteria
• Eliminazione delle armoniche e intrinsecamente immune da altri problemi di qualità dell'alimentazione CA.
• Affinità naturale alla generazione di energia alternativa (fotovoltaico ed eolico sono ~ 400Vcc internamente e in realtà si perde energia ed efficienza quando si è costretti a convertire in corrente alternata)

Ha aggiunto nei commenti:

Abbiamo scelto deliberatamente 380Vdc perché desideri raggiungere una tensione quanto più elevata possibile per l'efficienza. Allo stesso tempo, questo standard si rivolge solo alle applicazioni a bassa tensione (<600 V). Saremmo aumentati, ma ci sono barriere strutturali ai costi a 400 V CC e 420 V CC. A 380 V CC manteniamo gli stessi valori di volume delle parti utilizzate dall'AC e otteniamo i vantaggi in termini di costi del volume di piggybacking sulla maggior parte degli attuali volumi dei componenti dell'alimentatore CA. Sono sicuro che puoi anche apprezzare i significativi costi aggiuntivi che +/- 340Vdc ha sui dispositivi di sicurezza personale, motivo per cui lo standard consente una distribuzione +/- 190Vdc economica. Pertanto, disponiamo della massima efficienza e allo stesso tempo dei costi convenienti. E con l'affinità tra altri settori, fotovoltaico, eolico, veicoli elettrici e illuminazione,

Cita anche l'idea di una distribuzione mista di AC e DC all'interno di un edificio (ad es. Data center). Per ulteriori informazioni su tale iniziativa, consultare il sito Web di EMerge Alliance: http://www.emergealliance.org .

Sicurezza. Avere HVDC attraverso la presa a muro non è intelligente. Scollegare un dispositivo ad alta corrente senza prima spegnerlo farà un grande arco

Risposta breve:

No.

Risposta lunga:

Il vantaggio di AC per la distribuzione di energia su una distanza è dovuto alla facilità di cambiare le tensioni usando un trasformatore. La conversione dell'alimentazione CC da una tensione all'altra richiede un grande convertitore rotativo rotante o un gruppo motore-generatore, che è difficile, costoso, inefficiente e richiede manutenzione, mentre con la corrente alternata la tensione può essere cambiata con trasformatori semplici ed efficienti che non hanno parti mobili e richiede pochissima manutenzione.

Letture consigliate:

War of Currents

Potresti avere ragione. AC in passato aveva un enorme vantaggio rispetto a DC in passato. Tuttavia, poiché il costo dei convertitori CC-CC è diminuito, il vantaggio relativo della corrente alternata è diminuito e in alcuni casi è stato superato. Se progettassimo un nuovo sistema di trasmissione di energia oggi, DC ovunque potrebbe ridurre i costi totali del sistema.

Per una potenza equivalente, livelli di corrente e affidabilità, DC richiede parti leggermente più resistenti per interruttori di circuito, fusibili e parafulmini; ma AC richiede linee di trasmissione leggermente più costose e un migliore coordinamento dei generatori di corrente per evitare guasti a cascata.

Anche se (per motivi storici) le apparecchiature CA presentano vantaggi di scala di economia di produzione in serie rispetto alle apparecchiature CC, i progettisti di molti recenti sistemi di trasmissione di energia a lunga distanza hanno apparentemente deciso che l'uso di alta tensione CC (in genere 200.000 VCC) ha costi di sistema netti rispetto all'utilizzo di AC.

Anche se (per motivi storici) molti aeroplani e lo Space Shuttle utilizzano 400 Hz 120 V CA, i primi piani per la stazione spaziale internazionale prevedevano che usasse una potenza di distribuzione di 440 V CA 20.000 Hz (!), Fino a quando le priorità del programma non cambiarono e gli ingegneri cambiarono a 120 VCC di potenza. ( Mukund R. Patel p. 543)

Le persone di Google ( a , b ) hanno suggerito ai produttori di desktop e server che i costi netti potrebbero ridursi se passassimo a "alimentatori solo a 12V" che convertono l'alimentazione di rete CA a 12 V CC, quindi la scheda madre del computer richiede solo 12 V CC , che riduce a qualsiasi raccolta di tensioni di cui ha bisogno (come la maggior parte dei laptop), piuttosto che l'attuale configurazione di alimentazione ATX che ha un fitto fascio di fili con un assortimento eterogeneo di tensioni.

Lee Felsenstein e Douglas Adams sono andati oltre e hanno chiesto a qualcuno di sviluppare un sistema di distribuzione standard a 12 VCC. ( c , d )

C'è un altro punto, che mi piace aggiungere, perché non possiamo saltare l'AC secondo me. I binari lunghi, in particolare i cavi, sono meglio realizzati in corrente continua (a causa dell'induttanza / capacità che sono costosi da gestire a distanze più lunghe).

La cosa importante è che le linee HVDC sono punto a punto. Una griglia DC-mesh è un'altra storia. Se in qualsiasi punto della griglia si verifica un errore, ad esempio un albero cade sulla linea, l'intera rete mesh è inattiva (la tensione scende quasi a zero e i convertitori devono arrestarsi).
In AC le impedanze sono per lo più influenzate dall'induttanza, quindi abbiamo impedenze molto più grandi come in DC, dove le impedanze percepiscono la piccola resistenza. Se un albero cade in una linea CA la volatge in quel punto è zero. Ma l'elevata corrente di errore e l'elevata impedenza creano una grande tensione. Quindi solo questa linea è fuori, gli altri (se non molto vicini) hanno (quasi) la loro tensione normale. In DC l'impedenza è molto piccola, quindi il volatge nell'intera griglia mesh scende quasi a zero e non solo una linea ma l'intera rete è in calo. Inoltre, dovresti sapere che l'equilibrio tra produzione di energia e consumo in corrente alternata viene effettuato tramite la frequenza. In DC viene eseguito tramite Voltage. Ciò dovrebbe rendere ovvio che un problema così grande con la tensione non è affatto buono.
Se qualcuno volesse trasportare qualsiasi potere significativo su questa rete con bassa volage o volesse aumentare la volatge, sono necessarie correnti molto grandi, così grandi, che le linee si scioglierebbero. Pertanto i convertitori si spengono (blackout) e attendono che la linea sia riparata e pronta.

Risposta breve: Non così veloce Più a lungo: I convertitori a stato solido sono abbastanza buoni. La trasmissione a lungo raggio presenta molti vantaggi. Il trasporto a corto raggio probabilmente beneficia ancora dei trasformatori.

Informazioni extra: ci sono alcune linee elettriche CC nel mondo. Prendiamo ad esempio la linea HVDC di Itaipu , rimane tra le installazioni HVDC più importanti al mondo. È una linea da 6300 MW con 780 km di lunghezza.