Curentul continuu : Este o revolutie pe cale sa inceapa?

Istoria distributiei energiei electrice a inceput cu o greseala. Ingeniosul inventator Thomas Edison a pariat pe curentul continuu si a pierdut. Dar astazi, curentul continuu devine mult mai interesant datorita modului in care producem, distribuim si utilizam energia electrica. Aceste aspecte vor aduce schimbari majore in utilizarea energiei electrice in mediul industrial, in toate domeniile, inclusiv in cel al tehnologiei de conectare.

Georg Stawowy, Member of the Board and CTO at Lapp Holding AG

Georg Stawowy, Member of the Board and CTO at Lapp Holding AG

Thomas Edison este privit ca unii dintre cei mai prolifici inventatori din istoria umanitatii. Parinte al fonografului si al becului electric, a patentat 1,093 de inventii pe numele sau. Edison a inceput cu prima statie de distributie a energiei electrice in 1882 alimentand printre altele celebra Wall Street in New York. Statia de distributie utiliza curent continuu obtinut de la un dinam realizat de angajatul lui Edison, Nikola Tesla. Savantul croat avea o alta idee de transport si distributie a energiei electrice: curentul alternativ.In urma unui conflict aparut intre cei doi, Tesla a continuat dezvoltarea conceptului si a aparatajului necesar distributiei in current alternativ sub patronajul unui concurent de-al lui Edison, George Westinghouse. Curentul alternativ oferea avantaje evidente : nivelul de tensiune putea fi usor modificat iar utilizarea tensiunilor mai mari conduceau la utilizarea cablurilor cu sectiuni mai mici deci mai ieftine si se puteau acoperi distante mult mai mari. In loc sa se recunoasca invins, Edison a pornit o campanie publicitara furibunda agatandu-se de proaspatul inventat scaun electric, mizand pe sloganul “Curentul electric alternativ ucide”, in incercarea de a-si discredita competitorii. Desi initial campania a avut success, victoria nu a tinut mult timp. Expozitia internationala Chicago World Fair din 1893 a fost alimentata in curent alternativ conturandu-se astfel conceptul pentru intregul secol 20. La final, Thomas Edison a admis ca nesustinerea utilizarii curentului alternativ a fost cea mai mare greseala a vietii lui.

O tehnologie veche reinvie
Astazi, la 86 de ani de la moarte marelui Edison, sunt semne ca marele inventator nu a facut o greseala atat de mare precum oamenii au crezut. Modul de abordare al lui Edison poate fi reluat deoarece noile dezvoltari in energetica actuala fac curentul continuu mult mai atractiv.

Vom incerca sa explicitam aceste afirmatii:

- Generarea electricitatii : anterior zilelor noastre, energia electrica a fost exclusiv generata de marile grupuri energetice care aveau la baza arderea combustibililor fosili, energia hidro sau energia nucleara. Energia electrica produsa a fost distribuita prin intermediul retelelor electrice de inalta, medie si joasa tensiune. Transformatoarele electrice au permis ridicarea nivelului tensiunii pe liniile de inalta tensiune la valori de ordinul sutelor de mii de volti mentinand astfel valorile curentului in limita in care pierderile de transport erau rezonabile. Acum, un numar din ce in ce mai mare de producatori utilizeaza resursele regenerabile, de exemplu, energia solara pe care o pot stoca in acumulatoare sau alte sisteme electrochimice si sunt fortati sa o converteasca din curent continuu in curent alternativ . Aceasta conversie induce automat pierderi energetice facand interesanta idea retelei de distributie in curent continuu.

De la distributia in stea spre distributia descentralizata

- Distributia energiei electrice: retelele de distributie au fost mult timp dominate de marile statii de distributie care erau dupa conceptul de stea si alimentau regiunile inconjuratoare. Dezvoltarea energiilor regenerabile conduce la idea retelelor de distributie locale in care producerea si consumarea energiei electrice se face pe areale restranse. Avantajele curentului alternativ dispar in asemenea cazuri. Dar chiar si in cazul distantelor mai mari curentul alternativ nu mai este solutia ideala. De aceea, China isi dezvolta o retea energetica mixta in care exista retele de transport in curent continuu de inalta tensiune ( transport HVDC ) capabile sa transporte cantitati foarte mari de energie electrica de la generatoarele hidroelectrice din interiorul tarii catre orasele plasate pe coasta.
De asemenea, in Germania, guvernul planuieste construirea a doua retele de transport in current continuu care permit transmiterea energiei suplimentare produse de catre centralele eoliene de pe coasta catre zonele sudice interioare. Liniile de transport HVDC sunt de doua ori mai scumpe decat retelele normale. Oricum, datorita pierderilor energetice reduse, acest system de transport este rentabil pana la distante de maxim 400 km sau 60 km, in cazul parcurilor de turbine eoliene. Transportul HVDC a devenit acum extrem de fiabil. Dispozitivele electronice de putere permit conversia curentului electric la valori de 800,000 V fara utilizarea transformatoarelor.

- Consumarea energiei electrice: energia electrica in zonele rezidentiale si industrial se face prin intermediul retelelor de joasa tensiune mono sau trifazate. Un numar din ce in ce mai mare de consumatori au nevoie insa de current continuu: calculatoarele, lampile cu LED sau alte dispozitive electronice utilizeaza tensiune continua pe care o obtin prin redresarea celei alternative. Anii care urmeaza vor adauga la acest mix un numar din ce in ce mai mare de automobile electrice. Actionarile industriale utilizeaza convertizoare de frecventa care au in interior o bara de curent continuu alimentata prin redresarea curentului alternativ. Retelele de curent continuu vor conduce la demodarea transformatoarelor. Deja exista proiecte pilot in fabrici de automobile in care toate unitatile de productie sunt alimentate in curent continuu. Dezvoltarea acumulatoarelor electrice permite acum realizarea de sisteme de alimentare tampon pentru perioade scurte de timp.

Pierderi crescute
Cel mai convingator argument pentru schimbarea paradigmei este eficienta energetica. Cu sistemul actual bazat pe centrale nucleare sau pe carbune, cu retele si statii de distributie in curent alternativ si consumatori de tipul becurilor cu filament sau aspiratoare de praf, traditionale, eficienta energetica este undeva la 65%.. Cu alte cuvinte, o treime din energia produsa este pierduta transformandu-se in final in caldura. Astazi situatia este chiar mult mai proasta deoarece apar pierderi duble de conversie in cazul producerii energiei electrice in parcurile solare prin transformarea energiei electrice din curent continuu in curent alternativ si apoi invers. Consumatorii sufera si ei. Un alimentator fierbinte este semnul unei conversii cu pierderi energetice ridicate. Eficienta energetica a retelelor noastre actuale si a modului de consum al energiei electrice se duc la aproximativ 56%. Aceasta valoare conduce la necesitatea regandirii intregului silstem de transport, distributie si consum.

Alternativa este utilizarea tehnologiei in curentului continuu, de exemplu transportul energiei la nivele ridicate de tensiune (HVDC) pentru distantele mari impreuna cu retele in curent continuu pentru aplicatii industriale sau rezidentiale. Aceste retele ar putea alimenta direct consumatorii casnici sau industriali in toate cazurile cand, in prezent se face redresarea tensiunii alternative, eliminand partea de redresare din toate dispozitivele de acest fel. Cu o sursa fotovoltaica pe acoperis si un automobil electric in garaj, eficienta energetica ar creste semnificativ. O retea de distributie in curent continuu configurata corespunzator ar putea conduce la o eficienta energetica globala de pana la 90%. O crestere de numai 10% a eficientei energetice ar putea insemna, in cazul Germaniei, inchiderea a doua dintre cele mai mari centrale electrice pe baza de carbune. Acest fapt ar reduce emisiile de CO2 cu 63 de milioane de tone anual, sau mai bune spus, cu 12% din totalul emisiilor de CO2 din Germania. Pentru oxidul de azot aceasta valoare ar fi si mai mare, respectiv 29%.

Mai multe intrebari deschise
In timp ce transportul curentului electric continuu la nivel de inalta tensiune este o chestiune rezolvata si fiabila, sunt mai multe domenii in care solutiile tehnice si economice asteapta sa fie imbunatatite. Vor inlocui retelele de curent continuu, retelele de curent alternativ pe scara larga? Vor exista in paralel ambele sisteme de transport al energiei electrice? Cum ar trebui sa arate un sistem dual? Ce obstacole tehnice si economice trebuie depasite? Ce masuri de siguranta sunt necesare si eficiente? Ce schimbari vor trebui realizate, nu numai la nivelul retelei, ci si in cazul consumatorilor si componentelor sistemului? Beneficiile unei asemenea schimbari sunt evidente si schimbarea de paradigma este pe cale de a se realiza.

Cu expertiza sa in domeniul tehnologiei de conectare, Lapp isi ocupa timpuriu un rol de lider in acest domeniu. Lapp este partener asociat al proiectului “DC-INDUSTRIE” parte a celui de-al saselea proiect de cercetare dezvoltat de Ministerul Federal pentru Afaceri Economice si Energie (BMWi). Proiectul de cercetare DC-INDUSTRIE se confrunta cu numeroase intrebari legate de modul in care o retea in curent continuu poate sa aibe un sistem de conversie central ca si alternativa economica pentru reducerea pierderilor, in special in cazul fabricilor dotate cu actionari prin electronica de putere precum si de modul in care pot fi incluse in retea sursele de energie regenerabila. Georg Stawowy, membru al boardului si CTO la Lapp Holding AG a declarat: "Noi cei din Grupul Lapp vedem imensul potential al utilizarii curentului continuu si putem contribui ca parteneri datorita expertizei noastre inalte intr-o gama variata de domenii."

Sunt destule argumente care sa conduca la schimbarea sistemului de distributie al energiei electrice catre curentul continuu.