Eğer elektrik şebekemizi bugünün teknolojisiyle sıfırdan başlatabilirsek, en verimli seçim hangisidir? AC mi, DC mi?


32

Son zamanlarda, HVDC iletim sistemlerinin uzun mesafeli iletim, deniz altı bağlantıları ve diğerleri için birçok avantajını okudum. AC'nin DC üzerinden seçilmesinin tarihsel nedeni çoğunlukla, uzun mesafelerde yüksek gerilim iletimi sağlayan AC geriliminin kolay manipülasyonuna izin veren transformatörün icadıydı.

Bununla birlikte, cıva valflerinin, tristörlerin, IGBT'lerin ve DC iletimini mümkün kılan tüm bu bileşenlerin icadından sonra, saf bir DC ağımız varsa, içinde bulunduğumuz tüm AC / DC redresörlerinden kurtulabileceğimizi düşünüyorum. elektronik cihazlarımız. Bu, enerji verimliliğini büyük ölçüde artırabilir ve kaynaklarda tonlarca tasarruf sağlayabilir.

Baştan almak bir şans olsaydı, DC merkezli iletim sistemi daha iyi olabilir 1 seçim veya AC hala üstünde gelirdi?

1: Daha iyisi ile daha verimli enerji demek istiyorum .


2
Buna “yapıcı olmayan” bir soru yapan kesin bir cevap yok. Bununla birlikte, galvanik izolasyon elde etmek için (bir DC-DC dönüştürücüsünde bile gerekli olacak), bir AC sinyalinin manyetik veya kapasitif bir arayüz üzerinden iletilmesini gerektirdiğini belirtmek isterim.
Dave Tweed

1
Hala voltaj dönüştürücülerine ihtiyacınız olacak; AC / DC redresörlerini DC / DC dönüştürücülerle değiştirmek dikkate değer bir gelişme değildir. Şimdi, ev seviyesi düşük voltajlı DC'nin (12 veya 24V?)
Faydaları olabilir

9
Olumlu oylara bakılırsa, topluluk soruyu beğenmiş gibi görünüyor. Ancak cevap vermeden önce, lütfen “cevapların gerçekler, referanslar veya özel uzmanlıklar ile desteklenmesini bekliyoruz” ve “tartışma, tartışmalar veya genişletilmiş tartışmalar” olmadığını unutmayın.
Photon

4
Soru açıkça bir kriter belirtiyor - verimlilik. Biri enerji verimliliğinden ziyade maliyet verimliliğinin alternatif yorumunu eğlendirebilir, ancak sitenin adı göz önüne alındığında, ilk varsayım varsayılan olacaktır. Sorunun gövdesi ikisine de itiraz eder, bu nedenle iyi cevaplar farklılıkları ağırlaştırabilir.
Chris Stratton

1
@ ChrisStratton, "Baştan başlama şansımız olsaydı, AC hala üst sırada olur mu?" Metnindeki soruyu cevaplamaya çalışmalıyız. --- muhtemelen güç verimliliğinden ziyade maliyet verimliliği ile ilgilidir.
Photon

Yanıtlar:


12

Biraz Tarih

Bu konunun arkasındaki öneriler, bir çok elektrik mühendisine ilk devrelerinden bu yana verilen öğretilere karşı çıkıyor - AC'nin güç aktarımı için daha iyidir. Ne de olsa, 1800'lerin sonundaki "akımların savaşında", Westinghouse'un AC için savaşmasına yardım eden Tesla idi ve sonunda Edison'un bir DC imparatorluğu hayallerini alt etti.

Bu sırada DC üzerinden AC kullanmanın birincil avantajı verimlilikti. Bir AC voltajını diğerine dönüştürmek, özellikle de o zaman bir DC voltajını diğerine dönüştürme maliyeti, zorluğu ve verimsizliği ile karşılaştırıldığında giderek daha kolay hale geldi. Joule'un Birinci Yasasına göre , iletim hatlarında ısı olarak boşa harcanan güç miktarı mevcut kareye oranlıdır. İletim hatlarının bilinen (temel olarak) sabit bir dirence sahip olduğunu göz önünde bulundurarak, aynı miktarda güç iletimi için, düşük voltajlı, yüksek akım iletimli bir cihazda yüksek voltajlı, düşük akımlı bir iletime göre çok daha fazla atık harcanır. Belirtildiği gibi, DC gerilimlerini, AC gerilimlerinin nispi dönüştürme kolaylığı ile karşılaştırıldığında, hat kaybını aşacak kadar yüksek bir seviyeye dönüştürmek çok pratikti.

Bir yandan not olarak, pek çok yer asla orijinal DC iletim sistemlerinden AC’ye 20. yüzyılın ortasına kadar tam olarak geçmedi.

Burada tarih hakkında her şeyi okuyabilirsiniz .

Modern Elektrik Tasarımına Girin

Bu, AC'nin kendi problemleri olmadığını söylemek değildir. Deri etkisi AC DC daha az verimli olmanın bir örneğidir, ama yine de yukarıda bahsedilen hat kayıpları telafi etmez. Diğer bir konu, yüksek iletim voltajı seviyelerinde meydana gelen korona deşarjıdır . Uzun mesafelerde, AC gücünün kararlılık sorunları da vardır. Bu IEEE makalesi birkaç farklı mesafeye sahiptir ve hat reaktansisinin 600 - 700 mil mesafelere kadar telafi edilebileceğini belirtti.

Modern cıva vanaları, tristörler ve IGBT'lerin modern uygulamalarında ve DC gerilim dönüşümünün etkin araçlarında HVDC iletimi sadece mümkün olmakla kalmaz, HVAC iletimi ile ilgili sorunların çoğunun üstesinden gelir. Genel aktarım mesafesi çok daha fazladır ve belirtilen AC etkilerinin üstesinden gelinir. Ek olarak, HVDC ile ilişkili maliyet, bir mesafe eşiği geçildiğinde HVAC'den daha düşüktür. Bu maliyet farkı, elektrik trafo maliyetinin de bir dökümünü içeren bu yazıda ayrıntılı olarak ele alınmıştır . Maliyeti de tartışılmıştır linke tarafından sağlanan Jake içinde onun cevabını .

Gerçek şu ki, mevcut elektrik altyapısı AC güç aktarımına dayanıyor. Modern teknolojinin büyük bir çoğunluğu, düzgün çalışması için bu tür bir güce ihtiyaç duyuyor ve AC kullanılmadıysa, bildiğimiz ve sevdiğimiz birçok teknolojik "ilerlemenin" olacağından şüpheliyim. Teorik olarak, yalnızca HVDC'nin kullanılması daha verimli olabilir, ancak maliyet farkını telafi etmek için, bir hibrid HVAC / HVDC sistemi, en azından insan gelişiminde en iyi çözümdür.


Yani, doğru anlarsam, o zaman AC kullanımının kolaylığı, 20. yüzyıl boyunca elektriğin gelişmesine yardımcı oldu. Bununla birlikte, HVDC bugün maliyet perspektifinden ayrılabilir mesafenin üstünde bir kez daha iyi bir seçim gibi görünüyor. Maliyet kısıtlamalarını göz ardı ederek, HVDC'nin mevcut AC sistemlerine kıyasla herhangi bir teknik zorluk çekimi var mı?
Oniros

@Oniros - Kesinlikle. Tekrar tekrar başarabilirsek ne yapabiliriz diye sormak anlamsız bir sorudur çünkü mevcut ideolojimiz ve karar verme süreçlerimiz tarihe dayanmaktadır. Bu tarih değişecekseydi, bizim düşüncemiz de öyle olurdu. Daha iyi bir soru, geçmiş ve şimdiki teknolojimiz göz önüne alındığında, hem maliyet hem de enerji verimliliğini artırmak için mevcut elektrik şebekesi tasarımını nasıl geliştirebileceğimiz olabilir.
Kurt E. Clothier

1
@Oniros, şu anki HVDC sisteminin eksiklikleri hakkında yorum yapacak kadar bilgim yok. Cevabımda sunulan linklerden birinde bunun hakkında bir şeyler olduğunu hayal ediyorum. Özellikle, bu wiki sayfasının "dezavantajları" bölümü: en.wikipedia.org/wiki/High-voltage_direct_current
Kurt E. Clothier

0

Bakır ve diğer faydalı metallerin maliyetinin artması ve içlerinde kullanılan yalıtım yağları ile ilgili çevresel sorunlar nedeniyle, yüksek güçlü AC transformatörleri katı hal eşdeğerlerine kıyasla çok pahalı hale geliyor. Sadece sargıların maliyeti değil, aynı zamanda büyük metal kasalar ve bu büyük transformatörlerle ilişkili nakliye ve kurulum maliyetleridir.

Yüksek voltajlı DC iletime geçiş muhtemelen verimlilik açısından bir yıkama olacaktır, ancak mevcut altyapımız mevcut değilse, daha düşük maliyetli olabilir. Transformatörler hala ihtiyaç duyacaktı, ancak düşük frekanslı güç transformatörleri yerine, yarı iletken DC-DC dönüştürücülerle aynı miktarda güç dönüşüm kapasitesi için çok daha küçük olabilen (dolayısıyla daha ucuz) yüksek frekanslı güç transformatörlerine sahip oluruz.


"İçlerinde kullanılan yalıtıcı yağlarla ilgili çevresel sorunlar ..." - Bugünlerde toksik olmayan ve biyolojik olarak çözünmeyen bitkisel bazlı yalıtkan yağlar elde edebilirsiniz , bu nedenle eskisinden daha az sorun var. Bir avantaj olarak, bitkisel yağ da mineral yağdan daha az yanıcıdır, bu nedenle transformatörlerin hata koşulları altında ateş toplarına patlaması daha az olasıdır.
Li-aung Yip 29:13
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.