Analyse: Jævnstrømmen vender tilbage
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Analyse: Jævnstrømmen vender tilbage

Fremtidens energisystem kan give os bedre og billigere energi end dagens. Samtidig vil det køre på jævnstrøm i stedet for vekselstrøm.
Forklaringen er, at ny effektelektronik skaber mulighed for at tænke anderledes på alle punkter lige fra hvor og hvordan strømmen produceres, hvordan strømmen flyttes og til, hvordan vores apparater er indrettet.
Målene for elsystemet vil også fremover være de velkendte: Energiforbruget skal effektiviseres, overføringstabene halveres, vægt og volumen af nøglekomponenter skal halveres, driftssikkerhed og tilgængelighed skal styrkes og angsten for magnetfelter ved
højspændingsledninger skal fjernes. I takt med at naturgas- og olieressourcerne svinder ind skal anvendelsen af elektricitet øges uden at miljøet påvirkes negativt. Det skal ske i et system, hvor strømkilderne kan variere afhængig af den teknologiske
udvikling og de økonomiske og politiske muligheder. Desuden skal decentral produktion og energilagring være mulig.

Nøglen til at leve op til de krav i et energisystem findes i effekt elektronik. Derfor analyserer Ingeniøren i dag, hvordan energisystemet kan blive påvirket af den effektelektronik, som nu udvikler sig med stor hastighed.

Tjæreborg Enge
For syv år siden satte en gruppe svenske forskere fra universitetsmiljøer og virksomheder som ABB og Telia samt flere energiselskaber ovenstående visioner på et fortroligt stykke papir. Siden har det svenske elforskningsinstitut,
Elforsk, i Stockholm sat en række forskningsprojekter i gang, og ABB har etableret et effektelektronisk kompetencecenter i Göteborg for at tiltrække kandidater fra Chalmers tekniska högskola.
Desuden er der etableret flere demonstrationsanlæg, bl.a. et syv megawatt såkaldt HVDC Light-anlæg i Tjæreborg Enge ved Esbjerg, der blev sat i drift for få uger siden. På dét anlæg vil Eltra med tre vindmøller, to konverterstationer og et fire
kilometer langt jævnstrømskabel afprøve fremtidens teknologi, primært for at arbejde med at hente energi i land fra store havvindmølleparker.
Eksperimentfasen er altså i gang. Men det bliver næppe i det næste årti, snarere om 20-30 år, at højspændingsmasterne og den mere end 100 år gamle teknologi, dagens elsystem bygger på, står for fald.
Når det sker, vil fremtidens elsystem til gengæld på mange måder ligne fortidens! Dengang vi fik el, var elektrisk lys det afgørende.
Petroleumslamperne for svandt og små decentrale jævnstrømsværker dukkede op. Og selv om stadig flere fik råd til elektrisk lys, så var det begrænsede effekter, der var tale om. Med landbrugets mekanisering og en tiltagende industri steg behovet for at
overføre effekt.
Det betød at lavspændt jævn strøm med store ledningstab ikke længere var økonomisk optimalt, og elproduktionen blev gradvist flyttet til større centrale værker, der blev bundet sammen i et trefaset vekselstrømsnet. Datidens - og i øvrigt også nutidens -
guldæg er den trefasede vekselstrømstransformer, hvor generatorens lavere vekselspæn ding transformeres op til høj spænding for igen at blive transformeret ned til lavere spænding ude hos forbrugerne.
Herved øges overføringseffekten uden at øge strømvarmetabene.

Jævnstrømstransformeren
Med effektelektronik kan der bygges en transformer, som kan give de samme fordele men med jævnstrøm. Hertil kommer yderligere en række fordele, der alle vil højne kvaliteten af elektriciteten med færre strømafbrydelser og færre
blink i lyset, ligesom anlæggene bliver billigere.
Vekselstrømskabler har en kritisk, maksimal længde, da kondensatorvirkningen ved store kabellængder er så stor at ladestrømmen i kablet overstiger den strøm, kablet er dimensioneret til at overføre. Det samme er ikke tilfældet for jævnstrømskabler, som
i princippet kan udlægges i det uendelige.
Det betyder, at små radiale distributionsnet og store sammenmaskede transmissionsnet, der overskrider landegrænser, kan bygges uden hindring med jævnstrøm. Og når de superledende kabler en dag er færdigudviklet, kan de endda bygges helt uden elektriske
tab.
Allerede i dag er man tvunget til i flere tilfælde at indsætte jævnstrømsforbindelser, såkaldte HVDC-anlæg (High Voltage Direct Current) for at sikre stabiliteten, dels ved sammenkobling af store net, dels ved lange effektoverføringer. Vekselspændingen
ensrettes i den ene ende af forbindelsen for igen at blive vekselrettet i modtagerenden. Det sker i dag på de danske sammenkoblinger med Norge, Sverige og Tyskland gennem henholdsvis Skagerrakforbindelsen, Konti Skanforbindelsen og Kontekforbindelsen.

Overgang med sindsro
Effektelektronikken åbner allerede i dag mulighed for LVDC- og MVDC- anlæg (Low og Medium Voltage Direct Current) samt FACT's anlæg (Flexible Alternating Current Transmission). Alle effektelektroniske anlæg der integreret i
eksisterende vekselstrømsnet kan styre effekten rundt i systemet, som biltrafik kan styres rundt på motorveje, landeveje og biveje. Jævn strømsteknikken kan derfor indføres gradvist uden væsentlige gener for forbrugerne, og overgangen til et rent
jævnstrømssystem kan imødeses med sindsro.
På produktionssiden vil f.eks. solceller og brændselsceller levere strømmen direkte ind på jævnstrømsnettet. Elproduktion med roterende maskiner vil dog nok fortsat finde sted med vekselstrømsgeneratorer, der er billigere at fremstille og vedligeholde
end jævnstrømsmaskineri.
Også her har effektelektronikken store fordele, idet vekselstrøms maskiner - såvel mindre vindmøllegeneratorer som store turbogeneratorer - nu kan udføres som multifasede og/eller multi frekvens maskiner, der via effektelektronik kobles til
jævnstrømsnettet.
Det bliver således svært at finde teknologiske begrænsninger for såvel elproduktion som distribution og transmission i et fremtidigt jævnstrømssystem.
Set i et større markedsperspektiv, hvor el kan handles frit over alle grænser, vil energilagre være tvingende nødvendige.
Ellers vil energipriserne svinge gevaldigt op og ned afhængig af om der f.eks. er sol, vind eller vand til stede. Med ellagre i alle anlæg og installationer opnår vi en endog meget høj elkvalitet.
Også her vil effektelektronikken spille en stor rolle.
Om energikilderne er samlet i mindre selvforsynende samfund, eller der udveksles sol energi fra Sahara og vandkraft fra Grønland suppleret med vindenergi fra hele Europas vestkyst, er i princippet ligegyldigt. Effektelektronikken levner plads til både
det ene og det andet.

Stærkstrøm, svagstrøm, elektroteknik og elektronik
Ligesom der i dag ikke kan trækkes en skarp linie mellem stærkstrøms- og svagstrømsteknik, er grænserne også flydende inden for elektronik området.
Stærkstrøm er ifølge Den Store Danske Encyklopædi betegnelsen for elektricitet benyttet til transport og omsætning af energi. Svagstrøm er dermed synonymt med elektricitet benyttet til transport af information.
Fagområdet elektroteknik, der omhandler elektriske maskiner og elektriske anlæg, hører traditionelt til stærkstrømsområdet, mens elektronik, der omfatter de halvledende komponenter, snarere er et fællesområde for både energi- og informationsteknologi.
Produktet af strøm og spænding er som bekendt effekt, hvilket indikerer, at arbejdes der med store strømme og/eller høje spændinger er der tale om effektelektronik i modsætning til f.eks. mikro elektronik, der snarere hører under informa tionsteknologi.
På grænserne er der anvendelsesområder, hvor det er vanskeligt at afgøre, om det er energiteknik eller informa tionsteknologi. Det gælder f.eks. forstærkere samt styrings- og reguleringsteknik.
Da de første generationer af germanium halvledere - dioder og transistorer - dukkede op for mere end et halvt hundrede år siden skete der en revolution på elektronikområdet. Radiorøret blev hurtigt afløst af transistorer og stereo-radio, tv, video og
anden konsumelektronik kom til. Og med integrering af komponenterne i mindre og mindre kredse til bittesmå lakridser blev der yderligere sat skub i f.eks. computernes eksplosive udvikling.
Med nye spændingsstyrede effekttransistorer baseret på silicium som f.eks. IGBT'er (Insulated Gate Bipolar Transistor) er det i modsætning til de tidligere strømstyrede komponenter, blevet lettere at stakke - dvs. serie- og parallelforbinde - disse, så
der kan føres store strømme ved høje spændinger. Med de kommende siliciumkarbid-komponenter vil arbejdstemperaturen kunne hæves til op mod 500 grader celsius, og koblingstabene forudses at være en tiendedel af, hvad vi kender i dag. Strømtætheden vil
være 10-100 gange højere og komponentspændingen 5-10 gange højere end dagens værdier. IGBT'er kan i dag føre strømme på mere end 1000 ampere ved mærkespændinger over 3000 volt. Det er siliciumkarbid-komponenterne, der betyder, at en revolution i hele
elforsyningssystemet er nært forestående.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten