Renesance stejnosměrného proudu
Přibližně 120 let uplynulo od doby, kdy se vedl urputný boj o budoucnost koncepce elektrických sítí. V té době se elektrické sítě od těch dnešních snad ani více lišit nemohly. Elektřina byla tehdy přenášena pomocí stejnosměrného proudu, který tvrdě prosazoval Thomas Edison.
Tento systém však měl řadu nedostatků – například velikost stejnosměrného napětí se téměř nedala měnit, a spotřebitelé tak byli napojeni přímo na napětí generované v elektrárně.
Samotná rozvodná síť navíc měla takové ztráty, že se elektřina dala rozvádět jen na vzdálenost zhruba dvou kilometrů. Do popředí se tedy začal postupně dostávat střídavý proud. Jeho hlavními zastánci byli podnikatel George Westinghouse a zejména vynálezce Nikola Tesla.
O vítězství střídavého proudu nad stejnosměrným nakonec rozhodla výstavba elektrárny na Niagarských vodopádech, kde se naplno ukázaly výhody střídavého vedení.
SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY
Česko bude mít technologický inkubátor pro chytré budovy a města
Ta největší spočívá v možnosti jednoduše měnit velikost napětí pomocí transformátorů. Lze tak přenášet velké množství energie při vysokém napětí a relativně nízkých proudech, což znamená výrazně nižší ztráty i při přenosu na větší vzdálenosti.
Stejnosměrně na dálku i v budovách
Doba se nicméně stále mění a stejnosměrné napětí se dnes začíná opět vracet. Paradoxně nachází využití zejména v oblasti, ve které bylo kdysi naprosto nepoužitelné – při přenosu velkého množství elektrické energie na velké vzdálenosti.
Tato technologie se nazývá High Voltage Direct Current (HVDC) a k přenosu energie využívá stejnosměrný proud s napětím stovek kilovoltů. Hlavní výhodou HVDC oproti střídavému vedení jsou nižší ztráty.
Kvůli nutnosti převodu stejnosměrného proudu na střídavý a naopak má ale tato technologie jen omezené využití. Vědci společnosti Siemens ve spolupráci s dalšími partnery nicméně vyvíjejí řešení, které by umožnilo rozšířit stejnosměrný proud i do rozvodů v budovách.
Důvod je prostý – drtivá většina menších elektrických spotřebičů využívá k chodu stejnosměrný proud. Ať už jde o počítače, televize či notebooky, prakticky veškerá elektronika je vybavena zdrojem, který mění střídavé napětí 230 V ze zásuvky na požadované stejnosměrné napětí.
Tento převod není bezeztrátový (stačí se ostatně dotknout například horkého napájecího adaptéru notebooku) a byť jsou ztráty na jednotlivých prvcích relativně malé, v součtu už zdaleka zanedbatelné nejsou.
Vývojáři odhadují, že centrální usměrňování střídavého proudu několika většími usměrňovači by přineslo zhruba pětiprocentní úspory elektrické energie. V současné době je cílem vývojářů vyvinout technologie, které by takto efektivní rozvod stejnosměrného proudu umožnily zrealizovat.
To znamená nejen účinné usměrňovače, ale i řadu ochranných a monitorovacích prvků, včetně systému pro bezpečnou správu celé stejnosměrné sítě.
Důraz na energetickou efektivitu bude v dohledné době ostatně nutností. Nařízení Evropské Unie totiž bude po roce 2020 vyžadovat, aby měly téměř všechny nově postavené budovy prakticky nulovou spotřebu elektrické energie.
V praxi to znamená, že budova může spotřebovat maximálně tolik energie, kolik sama vyrobí. Stejnosměrné rozvody jsou tak vhodné nejen díky vyšší účinnosti, ale například i s ohledem na solární panely na střechách budov, které umí vyrábět pouze stejnosměrný proud.
Hmm, v tom musí být nějaký háček v tom nařízení, jistě tam budou stanoveny nějaké výjimky, neumím si třeba představit strojírnu, kde by toto mělo být splněno, nebo závod vybavený elektrickými pecemi, velkovýrobnu potravin… V průmyslu je to skoro nerealizovatelné.
Jen tak jsem si teď udělal narychlo součet všech počítačů věží a televizí, které jsou často používané, u nás doma, řekněme když to zaokrouhlíme na 500W, tak jsem lehce asi přestřelil, ale nechme být, vnitřní obvody těchto zařízení pracují s napětím 6V 12V, 24V, z historie dáno napětím olověných akumulátorů (na dáze pak ještě 48V), pokud bychom chtěli 500V přenášet 12V, budeme potřebovat skoro 42A, pro nízké ztráty to bude vyžadovat silné vodiče. Navíc ne všechna zařízení pracují na 24V, třeba běžné stolní počítače mají ještě napětí 5V, stejně se v nich spínaným zdrojům, nebo stabilizátorům napětí, což by byla pěkná ptákovina jimi srážet takový rozdíl napětí, jde to ale tepla bude dost.
Co by ale mělo smysl by bylo rozšíření, celosvětové, napěťového DC standardu v hodnotě, řekněme 240V, jeden typ zásuvky, jedno napětí, když by se použila trojvodičová síť (+ 0 -), tak je mezi krajními vodiči možno dosáhnout napětí až 480V, s tím by se už proud z FVE dal posílat v rámci čtvrtě, navíc by mohlo dojít ke zvýšení účinnosti fotovoltaických elektráren, protože by odpadly střídače, které chtě nechtě musí nějakou část energie vyplýtvat. To že odpadnou diody v jedné části spínaného zdroje je vedlejší, při úbytku asi 0,5V, přičemž v cestě proudu jsou vždy dvě, je na běžném zdroji na každý amper ztráta 1W, což není mnoho, na druhou stranu to není málo, ale jsou to procenta z celkového výkonu.
Pokud by ale napájecí měnírny neumožňovaly střídání a dodávku do střídavé části sítě, případně vyšší DC napěťové hladiny, znamenalo by to že se případná nadprodukce nedostane moc daleko od místa výroby a protože nebude moci být poslána jinam, o tuto energii příjdeme.
Na druhou stranu by to umožnilo jednodušší připojení baterií k síti, čímž by odpadl výše zmíněný problém. Pokud by ale na takovou síť měla bt napojena třeba vodní elektrárna, bude to znamenat dodatečné náklady na údržbu protože místo v podstatě bezúdržbového asynchronního alternátoru (bavíme se o maximálně desítkách kW výkonu) by se muselo osadit dynamo, kde přibývá starost o komutátor a uhlíky. To stejné však platí pro jakýkoliv rotační generátor, naštěstí je možné s polovidiči zajistit, aby se z dynama nestal motor.
Problematické je ještě napájení pračky, el. trouby, vařiče a podobně nenasytných spotřebičů ;-)
V pračce je univerzání motor, ten by měl jet na střídavý i stejnosměrný proud. Jenom se asi změní otáčky.
Trouba je buď na 230V, nebo 400V, v obou případech, pokud se tedy bavíme o tom třívodiči a ne o nějakém tom rozvodu do 48V, je možné je asi nepájet. Samozřejmě asi by byl problém kdyby to mělo být ze dne na den, to připouštím.
Ovšem v obou případech by to nemusel být problém, pokud je to jednofázové na 230V tak tam by asi nebyl problém v přechodu a pokud je to trojfázové, pak by to vyžadovalo změnu zapojení.
Pak se také ale objevuje problém s tím jak vyvážit poloviny sítě, v minulosti na to byla speciální soustrojí, takže teoreticky z elektrárny vedly jen + a – a někde dál mohlo být někde ve sklepě domu, nebo divadla toto vyrovnácací soustrojí a až od tama vedl nulový vodič, jenomže to představuje stabilní zátěž elektrické sítě, byť malu ale pořád tam je, na druhou stranu to může podstatně omezit sílu neutrálního vodiče na delší trase, který umožňuje právě to aby v síti byly dvě napětí.
http://elektrika.cz/terminolog/eterminologitem.2005-08-04.7071433993/view
To by samozřejmě pak chtělo aby vznikla nějaká nová verze toho zařízení.
Nezanedbatelný dopad je i v bezpečnosti. Bezpečné stejnosměrné napětí je podstatně nižší než střídavé. Budou na to muset být normy a je možné, že se nakonec ukáže, že by každý dům musel mít svoji vlastní měnírnu. Určitě by se to vyplatilo v případě, že náte doma FVE, omezilo by to ztráty, ale bylo by potřeba, aby vnitřní síť měla stejné napětí, jako je nominální napětí panelů a bude tam muset stjně muset být nějaký stabilizátor. Když tam o tom uvažuji, bude to složité a bude to trvat hóóódně dlouho.
No pokud já vím, tak je to opačně, u DC jsou ty hodnoty vyšší, než u AC, nevím přesně proč, ale je to tak, navíc tam bývají o něco vyšší maximální dovolenéé proudy, které mohou projít člověkem.
http://www.utee.feec.vutbr.cz/files/predmety/El_kvalif/BBZ.pdf
k sítím D.C. si najeďte stranu 13 (14. strana souboru) Lepší by byla samozřejmě TN-S
Co se týče hodnota napětí, tak to je pak na straně 39 (40. strana souboru) Hodnoty stejnosěrných jsou dvojnásobné, zhruba.
Já také netvrdím, že se to má předělat přes noc, pravda je že by to chtělo na to udělat mnoho všemožných ochraných zařízení pro běžné použití, něco myslím je ale to je asi použitelné tak v průmyslu, hlavně by to chtělo proudové chrániče, které by byly o něco složitější než ty které jsou na střídavý proud.
Díky za odkaz. Máte pravdu. Pamatoval jsem si to špatně. V běžných frekvencích kolem 50 Hz je střídavý proud nebezpečnější.
Není zač.
Zabíjet stejně dokážou oba a když se bavíme o těch hodnotách 240V a 480V, tam je to možná jedno, akorát bude mechanismus smrti asi jiný. Proto by to chtělo mít všechny ochrané prvky, ale to by nemusel být s elektronikou problém. Možná i bez ní, akorát třeba proudový chránič by musel být jiné honcepce a podobně.
Problematické je u DC spínání větších výkonů, protože se tam tahají pak oblouky a opalují kontakty, ale zase s použitím výkonových tranzistorů to nemusí být problém. Navíc už je možná i kombinace s PWM regulací, což zase povede k nějakým úsporám i když už se asi ani jiné nedělají, je možné že v něčem stále je odporová, ale ta je pro běžné výkony a napětí už nevhodná, ještě tak u levných modelů vláčků a možná v některých nízkopříkonových věcech, ale u vysavačů už nejspíš bude když ne PWM tak minimálně tyristorová.
mam dotaz. je možné z FVE na střeše do domu přidat hernu zásuvku která by fungovala pouze na slunce a nepřekonal vy na CEZ a do které vy se v období mírně zimy zapojil přímotop.
děkuji za odpověď
Ivana Dostálová