Likström – är det en revolution på gång?
I dag hittar likströmmen nya förkämpar, då sättet att generera, distribuera och förbruka elektricitet har förändrats i grunden. Det innebär stora förändringar inom alla delar av industrin, däribland anslutningsteknik, beskriver Georg Stawowy.
Georg Stawowy, styrelsemedlem för Innovation and Technology inom LAPP
Thomas Edison öppnade sitt första kraftverk 1882. Det genererade likström. Men Edisons anställde Nikola Tesla fokuserade på växelström. Den gav stora fördelar. Det var enkelt att justera spänningen, och det gick även att använda tunnare och billigare kablar. Världsutställningen i Chicago 1893 använde växelström, en antydan om att den skulle erövra 1900-talet.
Idag finns dock tecken på att den store uppfinnaren inte hade så fel i att satsa på likström.
Ett antal utvecklingar under de senaste åren gör likström mer attraktiv:
1. STRÖMGENERERING
Flera leverantörer håller nu på att slå sig in på nätet med likström. Det gäller till exempel solcellssystem, som får allt större stöd av batterier eller elektrokemiska lagringssystem. Men att omvandla likström till växelström innebär oundvikliga förluster, vilket gör likströmsnät till ett bättre val för just sådana leverantörer.
2. ENERGIDISTRIBUTION
Elnätet har länge distribuerat energi stjärnformigt till kringliggande områden. Med den förnybara energin blir det allt vanligare med mer decentraliserade och lokala nät. Elen förbrukas där den genereras.
Men växelström är inte heller idealiskt över större avstånd. Därför bygger Kina komplexa nät som bygger på högspänd likströmsöverföring (HVDC). De överför stora mängder energi till de stora städerna längs kusten. I Tyskland planeras två sådana energilänkar för att överföra energiöverskott från vindkraftverk.
HVDC-överföringsledningar lönar sig på avstånd från ca 400 kilometer, eller så lite som 60 kilometer när det gäller offshorevindkraftsparker. Numera är energiöverföring i HVDC-ledningar mycket tillförlitlig. Högpresterande elektronik möjliggör konvertering av likström till så mycket som 800 000 volt, utan transformator.
3. ENERGIFÖRBRUKNING
El i hem och fabriker distribueras via lågspänningsnät. Allt fler elektriska apparater kräver likström. Datorer, LED-lampor och andra elektroniska enheter använder likström och har tidigare behövt en likriktare för konvertering.
Inom de närmaste åren kommer elfordon att laddas med likström. Industrimaskiner använder allt oftare frekvensomvandlare med en likströmslänk för att reglera hastigheten. Likströmsnät med central spänningsomvandling skulle innebära att alla omvandlare blev överflödiga.
Stora förluster
Det mest övertygande är effektivitet. När kol- och kärnkraftverk förser nätet med växelström, är effektiviteten cirka 65 procent. Ungefär en tredjedel av elenergin går förlorad, bland annat genom värmeförluster.
I dag är situationen ändrad. Med solcellsbaserade system och kraftstationer, och ökad användning av batterier, matas allt mer el in i nätet som först måste omvandlas från likström till växelström, vilket orsakar förluster. Effektiviteten i vårt energinät ligger bara på omkring 56 procent.
Det behövs fundamentalt nytänkande. Alternativet är att använda likströmsteknik, till exempel HVDC för att överföra el över stora avstånd, tillsammans med lågspänningsnät för likström till hushåll och industri. De kan
sedan anslutas direkt till elektriska enheter eller industrimaskiner utan adaptrar eller likriktare. Med ett solcellssystem på taket och en elbil i garaget blir effektiviteten oöverträffad. Ett elnät systematiskt konfigurerat för likström skulle uppnå en genomsnittlig effektivitet på 90 procent. Om effektiviteten bara vore 10 procent högre än dagens nivå skulle man kunna stänga de två största kolkraftverken i Tyskland. Det skulle spara 63 miljoner ton CO2, eller tolv procent av de totala kraftverksutsläppen i Tyskland. För kväveoxider är siffran ännu högre, 29 procent.
Många frågor kvarstår
Även om HVCD nu är en etablerad teknik, finns det fortfarande ett antal tekniska och ekonomiska frågor att besvara. Kommer likströmsnäten att ersätta växelström i stor skala? Hur skulle en samexistens kunna se ut? Vilka hinder måste övervinnas? Vilka säkerhetsåtgärder skulle vara nödvändiga och effektiva? Vilka förändringar skulle en övergång till likström kräva? Fördelarna är så stora att det inte råder något tvivel om att ett paradigmskifte är på väg.
LAPP är associerad partner i projektet DC-INDUSTRIE, som arbetar med frågan om hur likströmsnätverk kan upprättas för att driva maskiner i produktionslinjer, samt hur man bättre kan införliva förnybar energi. Georg Stawowy avslutar:
– Här på LAPP ser vi stor potential med likström, och vi bidrar i DC-INDUSTRIE med vår expertis.