Ta objava na blogu preučuje omejitve sistema izmeničnega toka, ki že 130 let prevladuje na področju električne energije, in raziskuje, zakaj enosmerni tok ponovno pridobiva pozornost.
Konec 19. stoletja, ko je bila elektrika prvič izumljena, se je človeštvo znašlo na zgodovinskem razpotju, ko je moralo vzpostaviti standard za oskrbo z električno energijo. Bilo je jasno, da bo elektrika postala vir energije za industrijo in domove, prihodnji elektroenergetski sistem pa bo odvisen od tega, kako bo ta elektrika učinkovito dobavljana. V tem kritičnem obdobju sta se spopadla dva genija, Edison, ki se je zavzemal za enosmerni tok (DC), in Tesla, ki se je zavzemal za izmenični tok (AC). Edison je trdil, da je treba energijo dobavljati z enosmernim tokom (DC), kjer smer in jakost toka ostajata konstantni, medtem ko je Tesla vztrajal pri izmeničnem toku (AC), kjer se smer in jakost periodično spreminjata. Njuno rivalstvo je preseglo zgolj tehnično razpravo; bila je ključna izbira, ki je določila način oskrbe človeštva z električno energijo in način življenja. Ta proces je sprožil poglobljene razprave o prednostih in slabostih različnih metod prenosa energije.
Edisonovo vztrajanje pri enosmernem toku je bilo tesno povezano z njegovim izumom, žarnico z žarilno nitko. Žarnice z žarilno nitko so zahtevale stabilno napetost in konstanten tok, zaradi česar je bil enosmerni tok primeren. Edison je zagovarjal enosmerni tok in poudarjal njegovo neločljivo povezavo z njegovim izumom. Vendar pa je enosmerni tok tehnično gledano trpel zaradi znatnih izgub moči pri prenosu na dolge razdalje. Tesla pa je podpiral sistem izmeničnega toka (AC), ki bi lahko rešil problem učinkovitosti pri prenosu na dolge razdalje. Izguba moči je bila takrat velik problem, izmenični tok pa je imel pomembno prednost pri zmanjševanju izgub na dolge razdalje, ker je bilo mogoče napetost enostavno povečati z uporabo transformatorjev. Posledično je Teslin sistem izmeničnega toka na koncu prevladal in danes se izmenični tok pogosto uporablja prek transformatorjev in vtičnic.
Vendar pa se v zadnjem času na različnih mestih pojavljajo prizadevanja za prehod nazaj na enosmerni tok (DC), kar ogroža status izmeničnega toka kot standardne metode napajanja, ki je trajal več kot 130 let. Kaj bi lahko bil vzrok za to spremembo?
Tako kot se človek upogne ali raztegne, da bi se izognil oviri, tudi elektrika spremeni svoj tok, ko naleti na upor v tokokrogu. Upor je ovira, ki ovira pretok električne energije v tokokrogu in povzroči izgubo dela električne energije. Zmanjšanje tega upora med prenosom energije je ključni izziv za izboljšanje učinkovitosti. V sistemih enosmernega toka (DC) ta upor ostane konstanten. Vendar pa se v sistemih izmeničnega toka (AC) smer toka periodično spreminja, kar ustvarja dodaten upor. To se imenuje reaktanca, nastala izguba moči pa je znana kot jalova moč. Jalova moč je vključena v tok, vendar je presežek moči, ki je praktično ni mogoče uporabiti kot vir energije. Čeprav to ni večji problem za kratke prenosne razdalje, se z naraščanjem razdalj upor in reaktanca vodov povečujeta, kar povzroči povečanje jalove moči in zmanjšanje učinkovitosti prenosa. Z drugimi besedami, sistemi izmeničnega toka lahko postanejo neučinkoviti za prenos na dolge razdalje.
Poleg količine izgube moči med prenosom je ključnega pomena tudi ekonomičen način prenosa moči. Pri uporabi izmeničnega toka se velikost toka in napetosti nenehno spreminja, kar zahteva upoštevanje vseh možnih sprememb pri načrtovanju. V nasprotju s tem pri enosmernih sistemih tok teče v konstantni smeri, kar zmanjšuje kompleksnost načrtovanja ter znižuje stroške opreme in namestitve. Poleg tega v enosmernih sistemih ni reaktance – pojava, ki je značilen za izmenični tok, zaradi česar je enosmerni tok relativno bolj stabilen in primeren za prenos z veliko zmogljivostjo. S tega vidika imajo enosmerni sistemi potencial za stabilnejšo in ekonomično dobavo energije.
Tehnologija visokonapetostnega enosmernega toka (HVDC) se pojavlja kot nova rešitev, ki jo spodbuja tehnološki napredek. Ta metoda pretvarja visokonapetostni izmenični tok, proizveden v elektrarnah, v enosmerni tok z uporabo pretvorbene opreme za prenos, nato pa ga na sprejemnem koncu s pomočjo pretvornikov za uporabo pretvori nazaj v izmenični tok.
Čeprav je pretvorba enosmerne napetosti sama po sebi težavna, lahko polprevodniške naprave, kot so **tiristorji** ali IGBT-ji, zdaj ustvarijo visokonapetostni enosmerni tok. Enosmerni sistem je stabilen, ker je smer toka konstantna, kar odpravlja reaktanco. Poleg tega nima reaktivne moči, zaradi česar je učinkovitejši od izmeničnih sistemov.
Tehnologija HVDC se s temi različnimi prednostmi že uporablja na različnih področjih. V Južni Koreji so od konca devetdesetih let prejšnjega stoletja podmorski kabli povezali otok Jeju z Jindom in Haenamom, kar omogoča prenos enosmerne energije. V Evropi medsebojno povezovanje nacionalnih elektroenergetskih omrežij gradi celinski sistem oskrbe z električno energijo. Poleg tega je zelo primerna za prenos energije iz vetrnih elektrarn na morju, ki so oblika obnovljive energije in omogočajo stabilno oskrbo z električno energijo.
Seveda, ker so bila električna omrežja, ki temeljijo na izmeničnem toku, vzpostavljena že v zadnjih 130 letih, njihova pretvorba v enosmerni tok v kratkem času predstavlja znatne izzive. Poleg tega je treba za komercializacijo rešiti težave, kot so harmonske težave, ki nastanejo pri pretvorbi visokonapetostnega izmeničnega toka v enosmerni tok. Če pa bodo te težave rešene z nenehnimi raziskavami in tehnološkim napredkom, se bodo enosmerni sistemi v bližnji prihodnosti uveljavili kot osrednja tehnologija za okolju prijazna in učinkovita električna omrežja.
Čeprav je Edison pred 130 leti izgubil vojno tokov zaradi omejitev enosmernih sistemov, se danes z napredno tehnologijo enosmerno napajanje ponovno preučuje, kar dejansko pomeni začetek Edisonovega maščevanja.
