Redes de energia: CA vs CC

Sabemos que agora temos 50 / 60Hz em nossas paredes devido a razões principalmente históricas - há 100 anos atrás não havia maneiras de aumentar / diminuir a tensão DC na escala.

Hoje em dia, apenas temos problemas devido a isso - todos os dispositivos vendidos precisam ter ~ 1uF de limite por 1W de energia antes que a PSU tenha energia suficiente quando passarmos por 0. (esse problema não existe na energia trifásica, mas disponível principalmente em aplicações industriais, somente as tampas AFAIK) + precisam ter uma tensão nominal mais alta para sobreviver aos picos senoidais + toda essa bagunça do PFC.

É correto dizer que, se projetássemos uma rede elétrica moderna, pularíamos a CA e teríamos DC em todos os lugares? Tanto quanto vejo, isso aumentaria significativamente a confiabilidade e reduziria o custo de muitos dispositivos por aí.

Guy Allee, da Intel Research, escreveu sobre esse tópico no ano passado - DC - Uma idéia cuja hora chegou e se foi? - em suporte a uma grade de 380VDC, com os seguintes pontos:

• 7% de economia de energia vs. 415VAC de alta eficiência; 28% vs 208VAC típico atual
• 15% menos custo de capital
• 15% menos componentes de PSU
• 33% de economia de espaço no datacenter
• 200% de melhoria na confiabilidade, que chega a 1000% se você conectar diretamente o barramento da bateria
• Eliminação de harmônicos e inerentemente imune a outros problemas de qualidade de energia CA
• Afinidade natural à geração de energia alternativa (Fotovoltaica e eólica são ~ 400Vdc internamente, e você realmente perde energia e eficiência quando é forçado a converter para CA)

Ele acrescentou nos comentários:

Escolhemos deliberadamente 380Vcc, porque você deseja obter a tensão mais alta possível para obter eficiência. Ao mesmo tempo, este padrão é direcionado apenas para aplicações de baixa tensão (<600V). Teríamos subido mais, mas existem barreiras estruturais de custo em 400Vdc e 420Vdc. Em 380Vdc, mantemos as mesmas classificações de peças de volume que a CA está usando e obtemos os benefícios de custo de volume de pegar carona na maior parte dos volumes atuais de componentes de fonte de alimentação CA. Tenho certeza de que você também pode apreciar os significativos agregadores de custos que +/- 340Vdc possuem no equipamento de segurança pessoal, e é por isso que o padrão permite uma distribuição econômica de +/- 190Vdc. Assim, temos a mais alta eficiência e ainda o melhor custo-benefício. E com a afinidade entre outras indústrias, energia fotovoltaica, eólica, veículos elétricos e iluminação,

Ele também menciona a ideia de uma distribuição mista de CA e CC dentro de um edifício (por exemplo, data centers). Para mais informações sobre essa iniciativa, consulte o site da EMerge Alliance: http://www.emergealliance.org .

Segurança. Ter HVDC através da tomada não é inteligente. Desconectar um dispositivo de alta corrente sem primeiro desligá-lo provocará um grande arco

Resposta curta:

Não.

Resposta longa:

A vantagem da CA para distribuir energia à distância é devido à facilidade de alterar as tensões usando um transformador. A conversão de energia CC de uma tensão para outra exige um grande conversor rotativo giratório ou grupo gerador de motor, que é difícil, caro, ineficiente e requer manutenção, enquanto que com a CA a tensão pode ser alterada com transformadores simples e eficientes que não têm partes móveis e requer muito pouca manutenção.

Leitura sugerida:

Guerra das Correntes

Tu podes estar certo. A AC já teve uma enorme vantagem sobre a DC no passado. Mas como o custo dos conversores DC-DC caiu, a vantagem relativa do CA caiu e, em alguns casos, passou. Se estivéssemos projetando um novo sistema de transmissão de energia hoje, a DC em qualquer lugar poderia reduzir os custos totais do sistema.

Para níveis e confiabilidade equivalentes de energia e corrente, a CC requer peças um pouco mais fortes para disjuntores, fusíveis e para-raios; mas a CA requer linhas de transmissão um pouco mais caras e melhor coordenação dos geradores de energia para evitar falhas em cascata.

Embora (por razões históricas) os equipamentos de CA tenham vantagens de economia de escala na produção em massa sobre os equipamentos de corrente contínua, os projetistas de muitos sistemas recentes de transmissão de energia a longa distância aparentemente decidiram que o uso de corrente contínua de alta tensão (normalmente 200.000 VCC) tem menor custos líquidos do sistema do que usar AC.

Embora (por razões históricas) muitos aviões e o Ônibus Espacial usem 400 Hz 120 VCA, os primeiros planos da estação espacial internacional exigiam o uso de uma potência de distribuição de 20.000 Hz 440 VCA (!), Até que as prioridades do programa mudassem e os engenheiros mudassem. potência de 120 VCC. ( Mukund R. Patel, p. 543)

As pessoas do Google ( a , b ) sugeriram aos fabricantes de desktops e servidores que o custo líquido pudesse cair se mudarmos para "suprimentos apenas de 12V" que convertem a energia da rede elétrica CA para 12 VDC e, em seguida, a placa-mãe do computador requer apenas 12 VDC , que diminui para qualquer coleção de voltagens de que precisa (como a maioria dos laptops), em vez da configuração atual da fonte de alimentação ATX que possui um conjunto grosso de fios com uma variedade heterogênea de voltagens.

Lee Felsenstein e Douglas Adams foram ainda mais longe e pediram que alguém desenvolvesse um sistema de distribuição padrão de 12 VCC. ( c , d )

Há outro ponto que eu gostaria de acrescentar: por que não podemos pular o AC na minha opinião. Trilhos longos, especialmente cabos, são mais bem executados em corrente contínua (devido à indutância / capacidade de capilar que são caras de manusear em distâncias maiores).

O grande problema é que as linhas HVDC são ponto a ponto. Uma grade de malha DC é outra história. Se, em qualquer ponto da rede, ocorrer um erro, por exemplo, uma árvore cair na linha, toda a rede entrelaçada está desativada (a tensão cai para quase zero e os conversores precisam desligar).
No AC, o impedanze é influenciado principalmente pela indutância, por isso temos um impedanze muito maior, como no DC, onde o impedanze produz a pequena resistência. Se uma árvore cair em uma linha CA, a voltagem nesse ponto será zero. Mas a alta corrente de erro e a alta impedância produzem uma grande tensão. Portanto, apenas esta linha está fora, as outras (se não estiverem muito próximas) têm (quase) sua tensão normal. Em DC, a impedância é muito pequena, de modo que a volatilidade em toda a malha da malha cai para quase zero e não apenas uma linha, mas toda a rede está em queda. Além disso, você deve saber que o equilíbrio entre produção e consumo de energia em corrente alternada é feito via freqüência. Em CC é feito via Voltagem. Isso deve tornar óbvio que um problema tão grande com a tensão não é bom.
Se alguém deseja transferir qualquer poder significativo sobre essa rede com baixa tensão ou deseja aumentar a volatilidade, são necessárias correntes muito muito grandes, tão grandes que as linhas simplesmente derretem. Portanto, os conversores desligam (apagão) e esperam até que a linha esteja reparada e pronta.

Resposta curta: Não tão rápido Mais tempo: Os conversores de estado sólido são muito bons. A transmissão de longo curso tem muitas vantagens. A curta distância provavelmente ainda se beneficia dos transformadores.

Informações extras: Existem algumas linhas de energia DC no mundo. Tomemos como exemplo a linha HVDC em Itaipu , que permanece entre as instalações HVDC mais importantes do mundo. É uma linha de 6300 MW com 780 km de comprimento.