Jika kita dapat memulai jaringan listrik kita dari awal dengan teknologi saat ini, mana yang akan menjadi pilihan paling efisien? AC atau DC?

Akhir-akhir ini, saya telah membaca tentang banyak keuntungan dari sistem transmisi HVDC untuk transmisi jarak jauh, tautan bawah laut, dan lainnya. Alasan historis mengapa AC diambil alih DC sebagian besar disebabkan oleh penemuan transformator, yang memungkinkan manipulasi tegangan AC yang mudah memungkinkan transmisi tegangan tinggi melintasi jarak jauh.

Namun, setelah penemuan katup merkuri, thyristor, IGBT, dan semua komponen ini yang membuat transmisi DC layak, saya telah berpikir bahwa jika kita memiliki jaringan DC murni kita dapat menyingkirkan semua penyearah AC / DC yang kita temukan di peralatan elektronik kami. Ini dapat sangat meningkatkan efisiensi energi dan menghemat banyak uang dalam sumber daya.

Jika kita memiliki kesempatan untuk memulai, bisa sistem transmisi berbasis DC menjadi lebih baik ¹ pilihan, atau akan AC masih datang di atas?

^{1: dengan lebih baik , maksud saya lebih hemat energi .}

Sedikit sejarah

Saran di balik topik ini bertentangan dengan apa yang diajarkan banyak insinyur listrik sejak kursus sirkuit pertama mereka - bahwa AC lebih baik untuk transmisi daya. Bagaimanapun, dalam "perang arus" di akhir 1800-an, Tesla yang membantu Westinghouse berjuang untuk AC, akhirnya mengalahkan impian Edison tentang kekaisaran DC.

Keuntungan utama menggunakan AC lebih dari DC pada saat ini adalah efisiensi. Semakin mudah untuk mengubah satu tegangan AC ke tegangan AC lainnya, terutama jika dibandingkan dengan biaya, kesulitan, dan ketidakefisienan dalam mengubah satu tegangan DC ke tegangan AC lainnya pada waktu itu. Menurut Hukum Pertama Joule , jumlah daya yang terbuang karena panas pada saluran transmisi sebanding dengan kuadrat saat ini. Mengingat saluran transmisi memiliki resistansi tetap yang diketahui (pada dasarnya), maka untuk transmisi dengan jumlah daya yang sama, lebih banyak yang terbuang dalam transmisi bertegangan rendah dan bertegangan tinggi daripada transmisi bertegangan tinggi dan bertegangan rendah. Seperti yang dinyatakan, itu sangat tidak praktis untuk mengubah tegangan DC ke tingkat yang cukup tinggi untuk mengatasi kehilangan garis jika dibandingkan dengan kemudahan relatif mengubah tegangan AC.

Sebagai catatan, banyak tempat tidak pernah sepenuhnya beralih dari sistem transmisi DC asli ke AC hingga pertengahan abad ke-20.

Anda dapat membaca semua tentang sejarah di sini .

Masukkan Desain Listrik Modern

Ini bukan untuk mengatakan AC tidak memiliki masalah sendiri. The efek kulit adalah salah satu contoh dari AC menjadi kurang efisien daripada DC, tetapi masih tidak mengkompensasi kerugian baris yang disebutkan di atas. Masalah lain adalah pelepasan korona yang terjadi pada level tegangan transmisi tinggi. Dari jarak jauh, daya AC juga memiliki masalah stabilitas. Ini IEEE artikel situs beberapa jarak yang berbeda, mencatat bahwa reaktansi baris dapat dikompensasi dalam jarak hingga 600-700 mil.

Dengan implementasi modern dari katup busur merkuri, thyristor, dan IGBT, dan cara konversi tegangan DC yang efisien, transmisi HVDC tidak hanya mungkin, tetapi mengatasi banyak masalah yang dihadapi dengan transmisi HVAC. Jarak transmisi keseluruhan jauh lebih besar, dan efek AC yang disebutkan diatasi. Selain itu, biaya yang terkait dengan HVDC kurang dari HVAC, begitu ambang jarak telah dilewati. Perbedaan biaya ini dibahas secara rinci dalam makalah ini yang mencakup rincian biaya gardu daya juga. Biaya juga dibahas dalam tautan yang disediakan oleh Jake dalam jawabannya .

Faktanya adalah bahwa infrastruktur listrik saat ini didasarkan pada transmisi daya AC. Sebagian besar teknologi modern membutuhkan jenis daya ini untuk pengoperasian yang tepat, dan seandainya AC tidak pernah digunakan, saya ragu kita akan memiliki banyak "kemajuan" teknologis yang kita kenal dan cintai. Secara teoritis, menggunakan HVDC saja dapat terbukti lebih efisien, tetapi untuk mengimbangi perbedaan biaya, sistem HVAC / HVDC hibrida adalah solusi terbaik, setidaknya pada saat ini dalam pengembangan manusia.

Dengan meningkatnya biaya tembaga dan logam bermanfaat lainnya, dan masalah lingkungan dengan minyak isolasi yang digunakan di dalamnya, transformator AC daya tinggi menjadi sangat mahal, dibandingkan dengan padanan padatannya. Bukan hanya biaya belitan, tetapi kasus logam besar, dan biaya transportasi dan pemasangan yang terkait dengan transformator besar.

Peralihan ke transmisi DC tegangan tinggi mungkin akan lebih efisien dalam hal efisiensi, namun biayanya lebih murah jika infrastruktur yang ada saat ini belum tersedia. Transformer masih diperlukan, tetapi alih-alih transformator daya frekuensi rendah, kami akan menggabungkan konverter DC-DC semikonduktor dengan transformator daya frekuensi tinggi yang bisa jauh lebih kecil (sehingga lebih murah) untuk jumlah kapasitas konversi daya yang sama.