Обострение конкуренции на арене мирового цирка похоже приведет наконец и к некоторому качественному переходу в инфраструктуре в т.ч. энерго во всяком случае на отдельных экспериментальных площадках организованных на нашем шарике.
Давно слежу за развитием событий по откату назад к постоянному току под давлением меняющейся структуры генерации (и немного "потребителей") - от проектов дополнительных домашних сетей (12В, 48В) для освещения на светодиодах или электроники... до внутриквартальных (или сельских - когда все в деревне на ВИЭ построено), но возможно будет скоро сделана попытка перейти и к распредсетям среднего уровня напряжения - там есть пока не совсем решенная проблема эффективных и относительно недорогих "трансформаторов" (преобразователей) постоянного тока среднего уровня напряжения.
интересны подходы... не так давно писал про монолитную ДАРПовскую историю - в евросекторе пошли другим путем - распыляют гранты в академсекторе и около (причем среди нескольких) - из свежего:
Из описания
Реальная энергосеть основана на переменном токе. До сих пор основные источники энергии располагались далеко от центров потребления, за исключением некоторых исключительных потребителей. С ростом использования возобновляемых источников энергии облик сети также меняется. Она больше не является просто нисходящей, и соединение не будет ни потреблять, ни поставлять энергию, а может выполнять и то, и другое.
В результате, фактическая стабильность сети может быть нарушена прерывистым характером возобновляемых источников, и может зависеть от силовой электроники для дополнительной инерционности (локализованное хранение энергии в аккумуляторных батареях). Для резервного питания распределительных узлов переменного тока требуются преобразователи постоянного тока в переменный (DC/AC) среднего напряжения. Кроме того, сбор энергии распределенных возобновляемых источников энергии в постоянный ток может снизить воздействие инфраструктуры на окружающую среду. Сбор постоянного тока более экономичен на расстоянии свыше определенного уровня, поскольку он использует меньше меди (меньше проводников) и не имеет реактивных потерь. С ростом спроса на медь и другие материальные ресурсы, а также необходимостью снижения выбросов CO2, экономический баланс между переменным и постоянным током в распределительных сетях среднего напряжения может сместиться в сторону постоянного тока. Фактически, для преобразования постоянного тока в постоянный используются гораздо более высокочастотные преобразователи (твердотельные трансформаторы постоянного тока), которые требуют гораздо меньше меди (поскольку для высокого коэффициента преобразования и изоляции трансформатор обязателен) и меньших пассивных компонентов (фильтров), что приводит к увеличению затрат на управление.
Разумное применение для сбора/распределения постоянного тока среднего напряжения связано с инфраструктурой на большие расстояния, такой как автомагистрали, железные дороги и берега рек. Постоянный ток обладает огромным потенциалом, связанным с ростом спроса на энергию для быстрой зарядки электромобилей, которым требуется несколько мегаватт на точку подключения к сети. В таких условиях сети переменного тока уже недостаточно, и выгодна магистральная сеть постоянного тока, которая могла бы соединять источники, нагрузки и накопители на больших расстояниях.
Стандартов для средневольтных источников постоянного тока пока нет, но обсуждения, похоже, указывают на сеть средневольтных источников постоянного тока с напряжением +/-20 кВ. Для работы с такими напряжениями необходимы экономичные, универсальные, компактные и особенно надежные высоковольтные полупроводниковые приборы. По этой причине исследования и разработки силовых полупроводников на основе SiC и топологий DC/DC, DC/AC-преобразователей стимулируются крупными инвестициями на национальном и европейском уровнях. Три европейских проекта HORIZON направлены на демонстрацию преобразователей на основе SiC, которые должны заполнить именно этот пробел:
AdvanSiC: фокусируется на снижении стоимости и габаритов, а также на снижении воздействия на окружающую среду преобразователей MVDC/HVDC на основе SiC. Деятельность охватывает весь спектр от пластины до преобразователя и включает инструменты для проектирования, моделирования и мониторинга состояния.
FOR²ENSiCS: цель – продемонстрировать преобразователь постоянного тока среднего напряжения на основе сверхвысоковольтных SiC-устройств. Это позволит упростить топологию преобразователя, а также создать надежную и компактную конструкцию.
SiC4GRID: фокусируется на снижении стоимости и габаритов, а также на снижении воздействия на окружающую среду преобразователей MVDC/HVDC на основе SiC. Деятельность охватывает весь спектр от пластины до преобразователя и включает инструменты для проектирования, моделирования и мониторинга состояния.
Так понятней ( оттуда же картинка )
( хотя более популярна судя по идущим обсуждениям концепция с 20кВ)
От этого уже запитываются быстрые зарядки для электромобилей и локальные потребители (генераторы)... + накопители
Ссылки:
Предыдущие заметки на тему
Про проект (Д)АРПА - https://aftershock.news/?q=node/1441770
ну и ранее
https://aftershock.news/?q=node/914109
https://aftershock.news/?q=node/1225037
Про Китай не буду писать, но в целом то, что называется как energy policy в этом направлении обозначено - гранты выделяются, коллективы занимаются... экспериментальные площадки тоже есть, будет ли результат?
Первую MVDC подстанцию соорудили в Корее пару лет назад
(гугль транслейт некоторые термины в русский некорректно переведены) В Корее компания KEPCO запустила инновационный проект по установке первой станции MVDC на ±35 кВ, которая будет введена в коммерческую эксплуатацию для 30 МВт фотоэлектрических (солнечных) систем (PV) в 2023 году. Цель проекта — увеличить мощность линии электропередачи с 20 МВт переменного тока до 30 МВт постоянного тока и изменить регулирование изоляционного расстояния с 20 м переменного тока до 6–7 м постоянного тока; последующее изменение конфигурации схемы может позволить KEPCO утроить текущее электроснабжение распределительной системы. Благодаря созданию такой новой системы были достигнуты соответствующие технологии и инструменты для оценки технических преимуществ во многих аспектах, включая последовательность работы в установившемся режиме и пульсирующие эффекты от любых неисправностей или переходных состояний.
Основанная на принципе PTP (точка-точка), эта система MVDC состоит из выпрямителя и инверторной станции (как показано на рис. 1). Они состоят из преобразовательного вентиля, системы управления и защиты (C&P) для преобразователя, трансформатора связи и системы охлаждения. На инверторной и выпрямительной станциях имеется по шесть плеч, каждое из которых состоит из 30 подмодулей, включая 2 резервных, на основе топологии полумоста MMC (модульный многоуровневый преобразователь).
-----
Самое интересное это то, как вписывать все в существующий "ландшафт" - в чистом поле или на новых стройках это существенно проще и менее ресурсозатратно... а с учетом накопленных потенциальных изменений по другим направлениям трансформации инфраструктуры старые города будут просто сносить, ну или строить на новых местах Новое.
И это отнюдь не только попытка предусмотреть хотя бы электрозаправки для авто в новостройках с помощью нормативов и типовых решений (минстрой уже сделал вроде), но и по сложнее моменты.
Как вон попытка с LINE и другими.
Но это уже другая сказка...
Комментарии
"есть пока не совсем решенная проблема эффективных и относительно недорогих трансформаторов постоянного тока среднего уровня напряжения"
Речь о преобразователях наверное, трансформаторов постоянного тока не бывает же?
Или я отстал от жизни) или гугл транслейт пробрался и в авторскую ремарку.
Не в претензию к тс, просто глаз резануло. Хотя, возможно это уже устоявшийся термин, не знаю.
да, спасибо за замечание пропустил... хотя может так понятней людям - аналог повышающей-понижающей трансформаторной подстанции
Конвертер DC-DC называется.
Чаще преобразователь пишут... а вот с DC бы замену найти...
ПоТ, ПеТ или ПосТ, ПерТ, напри.
Трансформаторы постоянного тока бывают, и прекрасно работают, только маленький нюанс они сверхпроводящие.
На самом деле это вопрос терминологии. Во времена, когда называли трансформаторы трансформалорами (преобразователями, по сути) - просто не было других преобразователей. Поэтому если/когда преобразователи постоянного тока станут играть первую скрипку - они вполне могут "превратиться" в трансформаторы, как в обиходе, так и в учебниках.
Заграничники всё же делают разделение между transormerом, inverterом и converterом.
И чем в этом плане "заграничники" отличаются от "незаграничников"?
Ещё раз: потому и делают (все, а не только "заграничники), что все эти термины появлялись по мере технических открытий. Если/когда трансформаторы практически исчезнут - термин не пропадёт, не переживайте
. Ибо dc/dc преобразователь тоже трансформирует напряжение
Очень интересно, спасибо!
Осталась не освещённой тема доступной рекуперации. Например по типу старого доброго советского трамвайчика или МКС. Хотя в космосе вроде только у нас работает? За четверть века так и не договорились с пиндосами и джапами об общем напряжении.
хм, рекуперация, "напряжение" и МКС с космосом - как связаны?
В сети постоянного тока вы можете без дополнительного оборудования "отдавать" электричество обратно в общую сеть. В трамвае эта особенность была изначально. На МКС наши используют рекуперацию потому что там вполне понятный дефицит энергии. Да и поле экспериментов халявное.
Последнее предложение о том что в космосе до сих пор три розетки с тремя разными напряжениями. Хотя казалось бы вот где идеальный плацдарм для поиска хотя бы какого-нибудь взаимопонимания.
На РС МКС розетки 27В в АС 110 в, они даже пылесос из wallmart туда притащили и не парятся.
27 не существует в природе, есть 28 (стандарт основной шины для бортовой электроники самолётов). Но только в нашем сегменте. У американцев 120 с разной дельтой, у японцев родные 50.
В нашем сегменте именно 27 с разной дельтой вверх и вниз. Я запитываю от них агрегаты, поэтому немного в курсе.
Перспективный чат детектед! Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за последние 4 часа.
кпд преобразователя постоянного напряжения будет ниже процентов на 10, что вряд ли компенсирует разницу в стоимости меди
В современных преобразователях КПД тоже очень высоко. И не уступает обычным трансформаторам
С инженерной точки зрения вся система выглядит переусложненной, решая, по сути, только одну проблему - согласования частоты.
Но на протяженных участках ветвей постоянного тока усугубится проблема согласования напряжения и все это в целом ведет к увеличению потерь.
DC/DC преобразователи сложнее, дороже, менее надежны, их производство вреднее для экологии.
Цепи передачи постоянного тока... сложнее (кабели и изоляторы), дороже, потери при передаче постоянного тока среднего напряжения - больше.
Итак, минусы очевидны и их много. (Я для средних и малых напряжений привожу, конечно)
Где же плюсы?
Пока я вижу только желание молодых высокотехнологичных хищников оттяпать сегмент давно поделенного устоявшегося рынка электрооборудования.
Соглашусь
Где же плюсы?
там вроде бы в свое (эдисона) время еще и проблемы генераторов сыграли немалую роль в выборе ас, но я не "электрик а тепловик"
ну и про то что провода при понижении напряжения нужны "толще" забывать не надо, мощность то ВхА как ни крути, а больший ток требует большее сечение
Привет!
По проекту Эвенкийской ГЭС (11ГВт) с нее должы были идти три линии, две ~1050кВ и экспериментальная -1500кВ, и на практике выявить ± в сооружении и эксплуатации, хорошая статья на эту тему в Науке и жизни была в 70х годах 👍👍👍
Да, это именно такое построение, иллюстрированное на первом рисунке слева, как Conventional grid.
Ребятки решили вновь подзаработать на вечной теме преимуществ выбора между переменным и постоянным током, в котором или значительные потери энергии на передачу и синхронизацию или высокая стоимость оборудования для преобразования одного рода тока в другой. И пошли по самому простому пути, исключив реальную проблему "пока не совсем решенной проблемы эффективных и относительно недорогих "трансформаторов" (преобразователей) постоянного тока". Ну, т.е., слегка избавились от "проблемы", зато открыли всем массу преимуществ. Ма-ла-дцы!
Не буду говорить об оборудовании сетей, но с кочки зрения потребителя, это что же, приборы освещения и вся бытовая техника граждан на той площадке того… ку-ку?
Вариант.
По освещению: с ламп накаливания на газоразрядные а потом на светодиодные перешли? "Да!". Эксперимент удачный. Питание бытовых приборов - преобразователь да хоть на входе в квартиру. И точные 127 В постоянного тока всегда. А технику, как с лампочками: "поменяют и никуда не денутся".
Очень большой части техники всë равно - постоянный или переменный ток.
в эту схему легко вкорячивается батарейка! - походу это будет следующим шагом.
что там с жизненым циклом максимальным? - 500 за год, 10000 циклов - 20 лет - вполне приемлемо (вроде как)
так , берём одну линию - 2.5 МВТ,солнечный день - 10 часов - 25МВТ - при 50% выдаче в линию - условно говоря 1.5МВТ постоянно юзерам идет , а 1МВт заряжает батарейки - 10 МВт запасёного хватит на переночевать
Дело пойдет быстрее если массово и соответственно крайне недорого нашлепать бытовых преобразователей DC48/AC220В хотя бы до 1кВт которые можно втыкать в стандартную розетку. Далее перевод весей домашней сети на DC48В а бытовые приборы ( холодильники, телевизоры, компьютеры, зарядки, кухонную технику итд) подключать как раз через эти преобразователи DC48/AC220В. Освещение сразу замена ламп на DC48В. Соответственно на уровне дома нужен прибор совмещения DC48/AC220В, который будет работать по алгоритму откуда выгодней и надежнее брать энергию оттуда и беру. Солнечный день получаем от панелек DC48, пасмурно ночь, от AC220В. Эта схема избавит от дорогих мощных инверторов на 10...15кВт и аккумуляторов большой ёмкости. Предположу что производители бытовой техники быстро откликнутся созданием приборов с двумя видами питания DC48 и AC220В. А там уже дело доползет до больших преобразователей и больших расстояний передачи электроэнергии. В общем революцию нужно начинать с низов.
1 кВт на 48В - это 20+А.
И.е. нужен будет качественный хобот, дорогущие розетки/вилки и автомат А.
Зачем 48?
Вся вычислительная и большАя часть телевизоров 19В. Меньшая техника 12. Микротехника 5.
Освещение на 24В мощное или типовые лампы 12В.
Преобразов 24 - 12 - 5 готовых много. Ламп 24 и 12 на авторынке и мелочи бытовой - тоже валом.
Остаются всякие утюги, пылесосы и кухонная техника - вот там без высокого обломинго. Причем что ни возьми - 1,5-2,2 КВт.
Ну, пылесосы, допустим, аккумуляторные уже много в быту. Роботы те же.
Инвертировать доставленное даже 48 в размере 1 - 5 КВт нууу такое.
48 допустимо в узле преобразования, если есть накопитель.
Моё решение (Реализованное уже дважды) - американская (противофазная/двухфазная*) архитектура, но 12 + 12 вольт.
В свое время переменный ток ввели скорее от безысходности. Наличествующие тогда технологии не позволяли построить ничего сложнее трансформатора, а высокие напряжения были нужны. Взамен нужно было мириться с потерями, морочить себе голову с синхронизацией сетей.
Сейчас есть сверхмощные твердотельные ключи, никаких преград в построении преобразователей не осталось. Старую систему держит огромное количество уже построенного оборудования.
Вполне разумно искать пути наиболее эффективного перехода, а что там будет источником - возобновляемое, топливо, или атом, не так важно. Локальные батарейки, кстати, не так дороги, а польза от них есть.
Не от безысходности, а по природе генераторов, выдающих переменный ток и удобству преобразования (трансформатором) напряжений. Линии постоянного тока актуальны при высоких напряжениях, а дальше чем понижать 1 МВ, например? Инвертором на мегавольт? Низковольные сети не позволяют питать мощные нагрузки типа чайника, микроволновки, утюга через провода умеренного сечения, в обычных выключателях при этом обгорают контакты. А вот перевести освещение на светодиоды можно как и прочие низковольтные устройства питать сразу от 5-12 В.
Мне видится, что хотят снизить потери на передачу энергии на сверх дальние расстояния. Например линия постоянного тока 1 гигавольт Братск-ивропа вместо газопровода Дгужба. Евростаруха никак не уймется, мечтает о новой энергетической удавке для России, в общем один из методов становления новых генерирующих лохов для сытых полупокеров.
Помню по физике совшколы и совжурналам, концепт единой энергосистемы, связанной линией постоянного тока, с преобразователями в переменный пром частоты в местах потребления, отсюда выводы мои.
Насколько я помню свои 3 класса церковно-приходской школы, выбор в сторону переменного тока был сделан в своё время умными людьми тех времён только по одному ключевому принципу - простота коммутации и исключение возникновения дуги в моменте разрыва цепи.
Всё нарисованное предусматривает гарантированную работу БЕЗ РАЗРЫВА линии, или страховка есть, но стоимость конечного оборудования для потребителя превысит текущее в разы?
И как сказали выше - подключение потребителя переменного тока к сети постоянного - тоже потребует обязательного инвертора DC/AC в каждом домохозяйстве? И защита соответствующая.....
Да, локальный грид в ТАКУЮ систему встроить получается проще (панелька на балконе будет снижать потребление домохозяйства в светлое время суток и просто коммутироваться), но стоимость хорошо защищённых от разрыва цепи решений, как мне видится. ан данном этапе развития неоправданно высока....
Но как всегда - это только мой колодец....
Хотя по совести и сейчас обеспечить ОБЫЧНОЕ домохозяйство бесперебойным питанием с защитой от ВНЕШНИХ скачков на основе двойного преобразователя + накопителя энергии НЕ ОКУПАЕТСЯ при текущих тарифах на энергию, проще и дешевле ставить индивидуальные ИБП на ключевых потребителей.
А в предполагаемом раскладе.... даже не знаю....
Это смотря у кого какие тарифы. Моя СЭС мне уже окупилась.
Баловство.
А как чудесно горят кабели и распредустройства постоянного тока! Впрочем, современные полупроводники существенно облегчают проблему коммутации таких сетей.