Тази публикация в блога разглежда ограниченията на променливотоковата система, която доминира в енергетиката в продължение на 130 години, и проучва защо постоянният ток отново привлича внимание.
В края на 19-ти век, когато електричеството е изобретено за първи път, човечеството се намира на исторически кръстопът, нуждаейки се да установи стандарт за електрозахранване. Беше ясно, че електричеството ще се превърне в източник на енергия за индустрията и домовете, а бъдещата енергийна система ще се определя от това как това електричество ще бъде ефективно доставяно. Двамата гении, които се сблъскаха през този критичен период, бяха Едисон, който се застъпваше за постоянен ток (DC), и Тесла, който защитаваше променливия ток (AC). Едисон твърдеше, че енергията трябва да се доставя чрез постоянен ток (DC), където посоката и големината на тока остават постоянни, докато Тесла настояваше за променлив ток (AC), където посоката и големината периодично се променят. Тяхното съперничество надхвърли обикновен технически дебат; това беше решаващ избор, който щеше да определи метода на електрозахранване и начина на живот на човечеството. Този процес предизвика задълбочени дискусии относно предимствата и недостатъците на различните методи за пренос на енергия.
Настояването на Едисон за постоянен ток е тясно свързано с неговото изобретение - крушката с нажежаема жичка. Крушките с нажежаема жичка изискват стабилно напрежение и постоянен ток, което прави захранването с постоянен ток подходящо. Едисон е подкрепял постоянния ток, подчертавайки неразривната му връзка с изобретението си. Технически обаче постоянният ток страда от значителни загуби на мощност при предаване на дълги разстояния. Тесла, от друга страна, подкрепя системата с променлив ток (AC), която може да реши проблема с ефективността при предаване на дълги разстояния. Загубата на мощност е била основен проблем по това време и променливият ток е имал значително предимство при намаляване на загубите на дълги разстояния, тъй като напрежението може лесно да се повишава с помощта на трансформатори. В резултат на това, системата с променлив ток на Тесла в крайна сметка е надделяла и днес променливият ток се използва често чрез трансформатори и контакти.
Напоследък обаче на различни места се появяват усилия за връщане към постоянен ток (DC), което оспорва статута на променливия ток като стандартен метод за захранване в продължение на над 130 години. Какво би могло да е движещата сила на тази промяна?
Точно както човек се навежда или протяга, за да избегне препятствие, електричеството също променя потока си, когато срещне съпротивление във веригата. Съпротивлението е препятствието, което възпрепятства потока на електричество във веригата и води до загуба на част от електрическата енергия. Намаляването на това съпротивление по време на пренос на енергия е критично предизвикателство за подобряване на ефективността. В системите с постоянен ток (DC) това съпротивление остава постоянно. В системите с променлив ток (AC) обаче посоката на тока периодично се променя, генерирайки допълнително съпротивление. Това се нарича реактивно съпротивление, а получената загуба на мощност е известна като реактивна мощност. Реактивната мощност е включена в тока, но е излишна мощност, която не може да се използва практически като източник на енергия. Макар че това не е основен проблем за къси разстояния на пренос, с увеличаването на разстоянията съпротивлението и реактивното съпротивление на линиите нарастват, което води до повишаване на реактивната мощност и намаляване на ефективността на преноса. С други думи, системите с променлив ток могат да станат неефективни за пренос на дълги разстояния.
Освен това, освен количеството загуби на мощност по време на пренос, методът за икономично предаване на мощност също е от решаващо значение. При използване на променлив ток, величината както на тока, така и на напрежението постоянно се колебае, което налага проектни съображения за всички възможни вариации. За разлика от това, постояннотоковите системи се характеризират с тока, протичащ в постоянна посока, което намалява сложността на дизайна и понижава разходите за оборудване и монтаж. Освен това, реактивното съпротивление - явление, уникално за променливия ток - не съществува в постояннотоковите системи, което прави постоянния ток относително по-стабилен и подходящ за пренос с голям капацитет. От тази гледна точка, постояннотоковите системи имат потенциала да доставят енергия по-стабилно и икономично.
Технологията за постоянен ток с високо напрежение (HVDC) се очертава като ново решение, водено от технологичния напредък. Този метод преобразува променливотоковото захранване с високо напрежение, генерирано в електроцентралите, в постоянен ток, използвайки преобразувателно оборудване за предаване, след което го преобразува обратно в променлив ток на приемащия край, използвайки конвертори за употреба.
Въпреки че преобразуването на самото постоянно напрежение е трудно, полупроводникови устройства като **тиристори** или IGBT транзистори вече могат да генерират високоволтов постоянен ток. Постояннотоковата система е стабилна, защото посоката на тока е постоянна, което елиминира реактивното съпротивление. Освен това, тя няма реактивна мощност, което я прави по-ефективна от променливотоковите системи.
HVDC технологията, с тези разнообразни предимства, вече се използва в различни области. В Южна Корея, от края на 1990-те години на миналия век, подводни кабели свързват остров Чеджу с Чиндо и Хенам, което позволява пренос на постоянен ток. В Европа свързването на националните електропреносни мрежи изгражда континентална система за електрозахранване. Освен това, тя е много подходяща за пренос на енергия от офшорни вятърни паркове, форма на възобновяема енергия, осигуряваща стабилно електрозахранване.
Разбира се, тъй като през последните 130 години вече са създадени електрически мрежи, базирани на променлив ток, преобразуването им в постоянен ток в краткосрочен план представлява значителни предизвикателства. Освен това, проблеми като хармоничните проблеми, възникващи при преобразуването на високоволтов променлив ток в постоянен ток, трябва да бъдат решени за комерсиализацията. Въпреки това, ако тези проблеми бъдат решени чрез непрекъснати изследвания и технологичен напредък, постояннотоковите системи ще се утвърдят като основна технология за екологични и ефективни електрически мрежи в близко бъдеще.
Въпреки че Едисон загуби Войната на токове преди 130 години поради ограниченията на постояннотоковите системи, днес, с напредналите технологии, постояннотоковите захранвания се преразглеждат, което на практика бележи началото на отмъщението на Едисон.
