Edison's Revenge: The Rise of DC Power

I 1903, som et sidste forsøg på at fastholde jævnstrøm som standarden for distribution af elektricitet rundt om i USA, præsiderede Thomas Edison en berygtet begivenhed, der delvist skulle demonstrere faren ved vekselstrøm: elektrisk stød fra Topsy, en cirkuselefant anses for at være en trussel mod mennesker ved en 6.600-volt AC-ladning. Edisons stunt var rent frygtindgydende (DC er lige så farligt ved højspænding), og det mislykkedes: vores net i dag er primært AC.

Men lidt over et århundrede efter Topsys kollaps, er det AC, der ser stadig mere vaklende ud. Takket være det voksende strømforbrug af digitale enheder af alle slags gør jævnstrøm et comeback, denne gang på egen hånd.

Alt, hvad der bruger transistorer, er afhængigt af jævnstrøm, strømmen af ​​elektricitet i én retning. Det forklarer, hvorfor pc'er, iPhones og fladskærms-tv'er alle har konverterbokse til at omdanne vekselstrømmen i vægstik (som vender retningen 120 gange i sekundet) til jævnstrøm.

Sådanne digitale forbrugerenheder tegner sig for op til en femtedel af det samlede strømforbrug i dag, ifølge Greg Reed, direktør for Power & Energy Initiative ved University of Pittsburgh. Reed siger, at den stejle vækstkurve for jævnstrøm ikke kun skyldes computere, men også spredningen af ​​enheder som LED'er og solpaneler.

Inden for de næste 20 år vil vi helt sikkert kunne se så meget som 50 procent af vores samlede belastning udgøres af DC-forbrug, siger han. Det accelererer endnu mere, end vi havde forventet.

Med det voksende antal enheder, der genererer og bruger jævnstrøm, kommer der en stor mulighed for at spare energi, siger Reed. Ved at distribuere jævnstrøm til jævnstrømsenheder i stedet for at konvertere den til vekselstrøm undervejs, er det muligt at undgå betydelige energitab, der opstår, hver gang elektricitet konverteres.

Nogle elektronik-tunge faciliteter udvikler nu alle-DC mikronet til at levere strøm til brugerne. Overvej planerne for et DC-mikronet på Kinas Xiamen Universitet, annonceret i marts. Et selvstændigt elnet vil spænde over tre campusbygninger, der forbinder en solcelle på 150 kilowatt tagterrasse til LED-belysningssystemer og banker af computerservere.

Udbredelsen af ​​elektriske køretøjer kan gøre DC endnu vigtigere: Elbiler oplades på jævnstrøm og kræver betydelige mængder strøm. Dragan Maksimovic, en ekspert i strømelektronik ved University of Colorado i Boulder, vurderer, at solcelledrevne bilopladere, som hans gruppe er ved at udvikle, bør reducere strømtabet fra 10 procent af det, panelerne producerer, til kun 2 procent. Maksimovic samarbejder med Satcon, en producent af strømomformere, og har finansiering fra Hawaii Renewable Energy Development Venture; holdet planlægger at installere solcelleopladere til foråret på et feriested på den hawaiianske ø Lanai.

En anden driver for DC er datacentrene, der driver internettet og telekommunikationsnetværk. Store computerfarme bruger nu mere end 1,3 procent af elektriciteten på verdensplan, og det tal stiger hurtigt. Den indgående strøm er AC og skal konverteres. I stedet for at have strømomformere på hver computer, installerer nogle virksomheder store centraliserede konvertere og distribuerer 380 volt jævnstrøm på tværs af deres serverfarme. Den japanske telegigant NTT har fire datacentre i Tokyo-regionen, der opererer på DC; sidste år færdiggjorde det et DC-baseret servercenter i Atsugi City, sydvest for Tokyo, som er det første til at betjene eksterne klienter.

Strømbesparelser opnås i vid udstrækning ved at erstatte AC-til-DC-konvertere, der er tilsluttet individuelle servere, med mere effektive centraliserede invertere. At foretage denne switch og eliminere AC-DC-konvertere på batteribackupsystemer reducerede strømforbruget med 15 procent sammenlignet med konventionelle AC-konfigurationer, ifølge Keiichi Hirose, en senior forskningsingeniør ved NTT Facilities i Tokyo. Intel har vurderet årlige strømbesparelser for et mellemstort datacenter i USA til 1,2 millioner dollars, og værdien burde være betydeligt højere i Japan og Europa, hvor strømpriserne er højere.

DC-belysningskredsløb fanger også. Emerge Alliance, et konsortium baseret i San Ramon, Californien, som går ind for DC-strømdistribution i kommercielle bygninger, har etableret en standard for 24-volt DC-loftskredsløb og siger, at kørsel med LED-loftslys på DC-linjer bruger op til 15 procent mindre energi end at foretage AC-til-DC-omskifteren inde i armaturerne. Emerge arbejder nu på at bringe DC-strøm til medarbejdernes skriveborde, så de kan tilslutte computere eller telefoner uden behov for hot-running konverterbokse.

Vil DC-oprøret sprede sig ud over bygninger for at overtage de større linjer, der nærer kvarterer, byer og videre, som Edison engang håbede? Mange magteksperter er skeptiske. Vekselstrøm er standarden for transmission af elektricitet rundt i nettet, og mange enheder, såsom elektriske motorer, egner sig til vekselstrøm. Jeg tror ikke, der kommer en engrostransformation af elsystemet til DC, siger UC Boulders Maksimovic.

Men andre, såsom Reed, ser en DC-overtagelse som uundgåelig. Han bemærker, at transmissionslinjer i stigende grad bruger jævnstrøm, fordi højspændings-DC (HVDC)-linjer er nemmere at kontrollere og har lavere tab end AC-linjer. Langdistancelinjer er ofte nøglen til at udnytte vedvarende ressourcer, der ligger langt fra strømtrængende byer, såsom vind- og solenergi.

Udvidelse af jævnstrømsdistribution på øverste og nederste niveau af den elektriske fødekæde skaber mulighed for også at lukke hullet med regional distribution i jævnstrøm, ligesom Edison engang forestillede sig. Reed bemærker, at konvertering af højspændingsvekselstrøm til 120 volt til privat brug fører til tab omkring 5 procent højere end med tilsvarende DC-systemer. Hvis du har HVDC i den ene ende og DC-forbrug i den anden, bliver det en muliggører for mellemspændings-DC mellem dem, siger han.

Med sådanne besparelser forudsiger Reed, at den første direkte levering af jævnstrøm fra højspændingsledning til slutbruger måske ikke er så langt væk, især i hurtigt udviklende økonomier, der bygger ny strøminfrastruktur. Jeg tror, ​​vi er inden for 10 år efter det her, siger han, og inden for tre til fem år i Kina.

skjule