Zadnja promjena: 18. 05. 2009.
god.
Budućnost Razvoja Distribucije
Električne Energije za Kućanstva
Kao što se vidi iz kratke analize na stranici: http://www.inet.hr/~brvasilj/power.html, impulsni pretvarači izmjenične energije doprinose reaktivnoj komponenti mrežne struje, što uzrokuje probleme u mreži i sustavu distribucije električne energije i povećava gubitke zbog dodatnog zagrijavanja vodiča. Osim toga, ta tehnologija dovodi i do vršnog opterećenja mreže u trenutku najviše amplitude napona jer se ulazni strujni impulsi takvih ispravljača sinkroniziraju na mrežu, iako međusobno nisu upravljačkom vezom spojeni, što za rezultat ima i izobličenje sinusnog valnog oblika napona. Takvo izobličenje pak sigurno negativno utječe i na radne uvjete generatora električne energije itd. Zatim, vršno opterećenje mreže stvara i elektromagnetske impulsne smetnje.
Poznato je kako se u domaćinstvima, ali i u industriji, svakim danom povećava
broj naprava s takvim ispravljačima, zatim, u nekim zemljama u svijetu nastoje
potpuno zabraniti primjenu žarulja sa žarnim nitima i koristiti samo tzv.
'štedne' žarulje koje u osnovi rade na istom principu. Možda je vrijeme da se
razmisli o nekim promjenama u distribuciji.
U daljnjem tekstu ću se osvrnuti na jednu od mogućnosti koja bi eliminirala
neke od ovih problema. Proizvodnja i distribucija do lokalnih transformatorskih
stanica bi mogla i dalje biti zasnovana na visokonaponskoj trofaznoj
izmjeničnoj mreži radi manjih gubitaka pri samom prijenosu energije, ali
onda u svakoj lokalnoj stanici nakon transformacije na niži napon, sve tri faze ispraviti u zajednički istosmjerni napon.
Kako bi se iskoristile postojeće trofazne instalacije, na dvije 'faze'
voditi isti napon, a treća 'faza' i nula su povratni vodovi, ili do malih
potrošača po stanovima u novogradnji voditi samo jedan zajednički vod za plus,
i jedan za masu, plus uzemljenje Većina elektroničkih naprava u kućanstvima i
tako već ulazni izmjenični napon pretvara u istosmjerni napon.
Izbor Istosmjernog
Napona
Radi zadržavanja kompatibilnosti s postojećom industrijom i standardima za omska trošila, vrijednost istosmjernog napona treba biti 230 V, što odgovara efektivnoj vrijednosti napona naše sadašnje izmjenične mreže. Vrijednost izmjeničnog napona s kojega se izvodi ispravljanje je važan faktor jer što je veća, lakše je izvesti elektroničko PWM ispravljanje, a da je pri tome strujno opterećenje mreže što bolje razvučeno tijekom periode napona.
Faktor Snage Izmjenične Mreže
Stambeni prostori su isprepletani kilometrima vodova koji daju najveći doprinos induktivnom svojstvu mreže, a taj faktor snage se onda mora kompenzirati kondenzatorima za popravak faktora. Ukoliko se ispravljanje obavlja na lokalnom nivou, umjesto kondenzatora za faktor snage, koriste se elektrolitski kondenzatori za 'peglanje' ispravljenog napona. Pri tome je čak pozitivan utjecaj induktiviteta vodova jer oni u tom slučaju čine dodatni filterski element. Osim toga, daleko je lakše održavati stabilnost napona istosmjerne mreže, u odnosu na izmjeničnu mrežu, tj. korekcija se može mnogo točnije i brže izvesti pomoću ispravljačke elektronike.
Polaritet Mreže
Iako je dosta zgodno što naši utikači nisu polaritetom određeni, točno utvrđenim polovima utičnice lako definiramo potencijal mase i kućišta. U nekim zemljama se i tako već koriste utičnice i utikači koji se ne mogu 'bilo kako' uštekati, a standardna grla za žarulje su i tako već kao predviđena za istosmjernu mrežu. To je naročito korisno za štedne žarulje s ugrađenom elektronikom.
Uređaji s 'običnim tankim' dvopolnim utikačima će i dalje trebati diodni most i mali elektrolitski kondenzator za dodatno 'ispravljanje' napona, izvedba poznata kod telefonskih aparata. Zatim, kao što je poznato, većina suvremenih elektroničkih naprava s impulsnim pretvaračima, tj. bez mrežnog transformatora, i tako već imaju ugrađene diodne ispravljače na ulazu, a zahvaljujući usvojenom standardu izmjeničnog mrežnog napona od 110V u mnogim zemljama, danas se uglavnom i tako već proizvode za radne napone od 90 do 240V. Takve naprave bez ikakvih izmjena mogu raditi na istosmjernoj mreži napona 230V. Osim toga, rad tih naprava na istosmjernoj mreži bi trebao biti pouzdaniji jer u trenutku uključenja dobivaju skok napona od 230V, a pri uključenju istih na izmjenični napon 230V skok može iznositi i 320V, ovisno o trenutačnoj vrijednosti izmjeničnog napona. To iznosi oko 40 posto veće naprezanje elemenata i veću mogućnost otkaza.
Elektromotorni Pogoni
Mnogi uređaji s elektromotorima koriste pouzdane i jeftine asinkrone motore s kaveznim rotorom bez četkica. Međutim, u zadnje vrijeme sve više tih uređaja ima i elektroničko upravljanje tim motorima, prema tome, ukoliko bi se koristili jeftini višepolni motori bez četkica s kaveznim rotorom i pripadajuća upravljačka elektronika, krajnji proizvod ne bi bio mnogo skuplji. Pri tome se misli na jeftiniju izvedbu koračnih motora koji za stator imaju kavez. Naime, na većini mjesta gdje se koriste asinkroni izmjenični motori, pozicioniranje osovine nije potrebno, a ni moguće bez povratne petlje brzine i pozicije. Osim koračnih motora, u obzir dolaze i DC-motori bez četkica ( BLDC-motors), izvedbe motora s permanentnim magnetom na rotoru itd. Za pogone gdje je potrebna i regulacija broja okretaja, mogu se koristiti trofazni asinkroni motori s frekventnom regulacijom. Pri tome je frekventni pretvarač pouzdaniji i jeftiniji jer se već napaja istosmjernim naponom, nema potrebe za ispravljanjem mrežnog napona.
Električni aparati koji koriste tzv. redne kolektorske elektromotore s namotajima na rotoru i statoru su već po konstrukciji spremni za takvu promjenu vrste napona mreže jer njima polaritet priključenog napona nije bitan, a to je bio osnovni uvjet da bi se mogli koristiti na izmjeničnoj mreži. Takvi motori, kao recimo u usisivačima, mlincima za kavu i raznim mikserima rade i na istosmjernoj mreži, čak i sa običnim, 'dvopolnim' utikačem. Bez obzira na polaritet, takvi motori se uvijek vrte u istom smjeru. Jedino je potrebno prilagoditi namotaje statora i rotora pošto nema više induktivne komponente zavojnica, koja isto doprinosi induktivnom faktoru snage sadašnje izmjenične mreže. Što više, motor bi trebao raditi ravnomjernije jer izostaju varijacije struje s obzirom na valovitost izmjeničnog napona.
Frekvencija Mreže
Uvođenjem istosmjernog napona u lokalnoj mreži konačno bi se riješili problematike vezane uz različite standarde frekvencija mreža. Svi uređaji koji sada mjere nešto na osnovu te frekvencije bi trebali koristiti LC, keramičke ili kristalne oscilatore, samo se treba standardizirati jedna zajednička frekvencija.
Akumulacija energije
|
Uložena energija akumulatora 12 V, 55Ah |
12 V x 55 Ah = 660 Wh |
|
Korisnost pretvorbe energije |
0,8 |
|
Dobivena energija jednog ciklusa punj/praž. |
0,6 x 0,8 = 0,5 kWh |
|
Ukupna energija za 1000 ciklusa |
500 kWh |
|
Razlika cijene skupe/jeftine struje |
0,3 kn/kWh |
|
Ostvarena ušteda za 1000 ciklusa |
150 kn |
Proizvođačima električne energije dosta glavobolje zadaju vršna opterećenja, kao i brze varijacije potrošnje. Daljnjim razvojem akumulatora otvoriti će se mogućnost brzog i jeftinog načina akumulacije energije, naročito ako je mrežni napon istosmjeran. Distributeri energije će moći koristiti akumulatore za brzu kompenzaciju smanjene potrošnje uključivanjem elektroničkog punjenja akumulatorske baterije, odnosno uključivanjem pretvarača za vraćanje energije akumulatora u mrežu pri naglim skokovima potrošnje. Tablica daje orjentacionu bilansu primjene akumulatora u kućanstvu ako bi se punio noću po jeftinoj tarifi, a praznio za vrijeme skupe struje. Ukratko, ako bi akumulator trebalo mijenjati nakon svakih 1000 ciklusa, bilanca bi bila neutralna ako bi cijena akumulatora bila 150 kn.
Transformatorska Stanica
Prelaskom na istosmjerni napon u nisko-naponskoj mreži poluvodičkim ispravljanjem izmjeničnog napona koji se dovodi u transformatorske-stanice se ostvaruje ušteda u bakru, željezu i ekološki štetnom transformatorskom ulju koje se sada koristi za snižavanje napona i hlađenje transformatora. Ako su ispravljači modularno izvedeni, svaki kvar se lakše i brže otklanja jer je lakše promijeniti lagani modul, nego cijeli transformator koji ima dosta veliku masu.
Osim toga, potrebna je detaljnija analiza koja bi usporedila gubitke pri sadašnjem načinu snižavanja izmjeničnog napona pomoću transformatora radi gubitaka u bakru vodiča i željezu jezgre transformatora, u odnosu na gubitke pri pretvorbi u istosmjerni napon s poluvodičkim ispravljačima. Za gubitke pri transformatorskoj pretvorbi izmjeničnog napona uzet je primjer iz 'Končarevog' Tehničkog Priručnika za transformator 10kV/400V, snage 630kVA i mase od 1530 kg, koji pri punom opterećenju ima gubitke od oko 8500W. To ustvari i nije mnogo, malo veće od jednog postotka, ali bi poluvodički ispravljači teoretski trebali imati još bolju korisnost.
Primjena Solarnih Panela
Poznato je kako hidroelektrane u sušnim, toplim razdobljima daju manje energije zbog niskog vodostaja, a sve veća primjena klima-uređaja povećava potrošnju energije baš u tim periodima. Zbog niskog vodostaja ni nuklearka Krško isto ne može raditi punim snagom jer bi previše grijala vodu Save. Srećom, tada je na raspolaganju najjača sunčeva energija koja se preko solarnih panela može neposredno pretvarati u električnu energiju i trošiti odmah, ili akumulirati u akumulatore za kasniju potrošnju. Kako ti paneli proizvode istosmjernu struju, njihovo priključivanje na sadašnju izmjeničnu mrežu može ići samo preko skupih frekventnih pretvarača koji osim regulacije napona i struje trebaju imati i mogućnost faznog usklađivanja s frekvencijom mreže. Potrebno ulaganje se još dodatno povećava ukoliko u napajanom objektu postoji trofazna mreža, što na kraju znatno povećava period povratka uloženih sredstava. Potrebna oprema je dosta jednostavnija, pouzdanija i jeftinija ukoliko je u niskonaponskoj mreži istosmjerni napon.
Stranica
postavljena: 23.02.2009
Branko
Vasiljev, Zagreb
Primjedbe
i ideje možete dostaviti na: branko.vasiljev@inet.hr