Budućnost istosmjernih elektroenergetskih sustava?

Početkom dvadesetog stoljeća žestoke rasprave stručnjaka o prednostima i nedostacima upotrebe strujnih i istosmjernih strujnih krugova za napajanje. Tako se dogodilo da su prednost dali trofaznim izmjeničnim krugovima. Industrijalci, izračunavajući količinu kapitalnih troškova za stvaranje sustava napajanja, odabrali su, čini se, najoptimalniju opciju.

Odlučujuću ulogu u sveprisutnosti trofaznih izmjeničnih mreža igrala je jednostavnost dobivanja obrtnog momenta s minimalnim brojem faza. Protiv izravne struje izneseni su takvi argumenti kao što su visoki trošak i niska pouzdanost motora, složenost pretvorbe energije. Ali to je bilo tada. Što sad? Praktično iskustvo stečeno tijekom godina razvoja elektroenergetske industrije daje, po mom mišljenju, pogubne rezultate.

Prva. S tečaja teorijski temelji elektrotehnike Poznato je da za prijenos najveće snage na opterećenje u krugovima izmjeničnih struja mora biti ispunjen uvjet jednakog otpora izvora na linijski otpor i otpor opterećenja. Iz toga slijedi da je teorijski dostižna učinkovitost za izmjenične krugove 33%.

Praktične sheme napajanja za smanjenje gubitaka u prijenosu energije uključuju određeni broj pretvaranja napona. Barem to nije manje od pet transformacija, od kojih svaka koristi svoj transformator. Ako uzmemo efikasnost svakog optimalno opterećenog transformatora jednaku 0,9, tada će ukupna učinkovitost transformacije biti 0,9 0,9 0,9 0,9 = 0,59049, a učinkovitost napajanja - 0,33 0,59049 = 0. 1.948.617.

S obzirom da se snaga transformatora odabire uzimajući u obzir jutarnji i večernji maksimum opterećenja, njihova stvarna prosječna ponderirana učinkovitost transformatora je manja od 0,9, dakle stvarna učinkovitost napajanja je manja od 0,195. A to se ne uzima u obzir struje istjecanja, reaktivne strujeharmonika i druge radosti.

Studije koje je K.V. Yalovega proveo na metalurškim postrojenjima pokazale su da na osovini radnog stroja u obliku korisne energije imamo samo oko 2,4% energije koja se dovodi u osovinu generatora u elektrani. Nije slučajno što učinkovitost domaćih vjetroagregata pri radu na jednoj elektroenergetskoj mreži jedva doseže 11%.

Drugi. Isti N.V. Yalovega je predložio ugradnju ortogonalnih kombiniranih namotaja u trofazne asinhrone izmjenične motore u kojima kut pomaka između faza ima dvije vrijednosti - 120 i 90 stupnjeva. Dokazao je da ako se usvoji četverofazno napajanje, tada bi se istim korisnim robota moglo smanjiti tri do četiri puta električne energije.

Raširena upotreba indukcijskih motora s pravokutnim namotima smanjila bi proizvodnju električne energije u prosjeku tri puta. To je zbog činjenice da se oko 70% električne energije troši upravo indukcijskim motorima. Dakle, izbor trofaznog strujnog sustava bio je, najblaže rečeno, ne optimalan.

Treća. U sovjetska vremena izgrađen je reverzibilni DC prijenosni sustav, koji je povezivao hidroelektranu Volga i mihailovsku trafostanicu (Donbas) naponom od 750 kV. Praksa rada sustava pokazala je njegovu visoku učinkovitost. Dokazano je da upotreba istosmjerne struje za prijenos električne energije na velike udaljenosti ima jasne prednosti u odnosu na sustav izmjeničnih struja. Učinkovitost u krugovima istosmjerne struje može doseći 90% ili više. Nije uzalud da su energetske tvrtke Japana i Sjedinjenih Država više puta pokušavale kupiti opremu za istosmjerne podstanice.

Dakle, svi smo postali taoci trenutne situacije u energetskom sektoru. Sve troškove transporta i distribucije energije prisiljeni smo platiti centraliziranim napajanjem. Situacija je drugačija kod stvaranja autonomnih sustava napajanja. Sam potrošač slobodan je odabrati ono što je za njega najbolje, naizmeničnu ili istosmjernu struju. Jedino ograničenje nameću krajnja opterećenja koja ne mogu raditi u istosmjernim krugovima. Ali to danas nije problem.

Gotovo stotinu godina tehnologija pretvaranja pretrpjela je značajne promjene, a ako su prije 25 godina pretvarači i poluvodički pretvarači bili prerogativ obrambene industrije, danas se široko koriste u industriji i svakodnevnom životu. Mnogi kućanski uređaji imaju sklopne napajanje koje mogu raditi u izmjeničnim i istosmjernim krugovima.

Stoga je prilikom stvaranja autonomnih izvora električne energije bolje dati prednost istosmjernoj struji. Međutim, u ovom slučaju, ne bez problema.

Ako nacrtamo cjelovitu shemu autonomnog napajanja pomoću pretvarača, postaje jasno da će u krugu između izvora i potrošača biti uzastopno spojena najmanje tri pn spoja. Pri svakom prijelazu, pad napona iznosit će oko 1,5 V, ukupni pad napona bit će najmanje 4,5 V. Plus preostali gubici.

Stoga, prilikom stvaranja autonomnih izvora energije pomoću pretvarača, upotreba generatora niskog napona 14, 28 V nije praktično. Prednost treba dati generatorima s izlaznim naponom od 230 V, što je standardno za kućanske mreže.I ako je moguće prijenos snage napajanja na istosmjernu struju, bolje je ne zanemariti je.

Do ovog zaključka smo došli razvijajući autonomne izvore napajanja. Bilo bi zanimljivo saznati druga mišljenja. Moguće je da će oni radikalno promijeniti ne samo naše poglede na postojeći problem.

DA. Duyunov. A.B. Pizhankov. SI Levachkov