Annons

Likströmmen kommer tillbaka

Likström har inte längre de nackdelar som tidigare motiverade användning av växelström. I lokala nät och fastighetsinstallationer har likström numera en rad fördelar över växelströmmen.

 

Förändringen beror främst på att nästan alla elapparater har förändrat sin elektriska karaktär till att i stora antal vara elektroniska. Nästan alla apparater har, eller kommer att få elektroniskt gränssnitt till elnätet. Brytningen av strömmen, som tidigare var ett stort DC-problem, är inte längre avgörande.
Idag skulle stora energibesparingar kunna göras i Sveriges datorhallar. Att omvandla växelström till likström och tillbaka till växelström igen i stora datorhallar eller vid stora telekomsiter är helt enkelt inte energieffektivt. Likström har inte längre de nackdelar som tidigare motiverade användning av växelström. I lokalnät och fastighetsinstallationer har likström numera en rad fördelar över växelström.
Elektrifieringen i världen inleddes med likströmmen. De första elnäten var likströmsnät och konstruerades av amerikanen Edison. Han uppfann även glödlampan och byggde så kallade Edisonnät med +/-110 V och senare 220 V växelspänning med nollströmsledare. De sista likströmsnäten lades faktiskt ner så sent som i början av 1970 i en stadsdel i Stockholms stad.

Nytt tänk från Netpower Labs
Med krav på högre effektivitet i datorhallar och en växande användning av solenergi har det svenska högteknologiska företaget Netpower Labs utvecklat en ny DC UPS-lösning för en DC-spänning vid de facto-standarden 380 V som även kan integrera solenergi direkt in i UPS:en i stället för att skicka ut energin på det vanliga elnätet.


Stefan Lidström, utvecklingschef vid Netpower Labs AB.

– I och med att energin förbrukas direkt där den produceras samtidigt som solceller redan genererar likström så försvinner alla förluster som annars skulle uppkomma i omvandlingar och transmission Detta gör att förlusterna kan minimeras till 1 procent från solcellerna till förbrukarna, säger Stefan Lidström, utvecklingschef för Netpower Labs
En oberoende fallstudie som leddes av Uppsala Universitet och där den svenska Energimyndigheten, IBM och Netpower Labs ingick visade att en övergång till likström i stora datorhallar skulle kunna leda till en 25-procentig reduktion av energiförbrukningen. Det, i sin tur, innebär en årlig besparing på i medeltal 3 450 euro per rack vilket omräknat kan motsvara 23 ton koldioxidutsläpp.
I en annan studie som publicerats i American Scientist kom chefen för Lawrence Berkeley National Laboratory's High-Tech Buildings program William Tschudi med kollegor, efter mycket tester och experiment, fram till att genom att omvandla till DC bara en gång, och distribuera likström runt om i ett datacenter och sänka spänningen ner till det som behövs i varje tillämpning skulle den övergripande energieffektiviteten kunna förbättras med 5 procent jämfört med den allra bästa AC-utrustningen som fanns tillgänglig 2008. Och jämfört med mer typisk utrustning som fanns tillgänglig i datorcentra var förbättringen 28 procent.
Dessutom leder det nya sättet att bygga kraftförsörjningen till att de interna störningarna är nära noll. I stora datorhallar med AC-försörjning är störningarna idag så höga att nolledarens (återledarens) koppararea har tvingats öka kraftigt för att hantera övertonerna som samlas i nolledaren, detta enligt Netpower Labs.
Istället har Netpower Labs byggt bort nolledaren. UPS:en har på sekundärsidan tre utgångar som är isolerade från varandra. Efter likriktningen kan ledarna parallellkopplas för matningen ut till servrar och annan kringutrustning såsom eluttagslister och LED-belysning samt till en egenutvecklad elmätare/rack så att kunderna i framtiden förhoppningsvis kan få individuella elräkningar.

Nytt EU-projekt
Att likströmmen är på frammarsch avspeglas även i det nya EU-projektet DC Components and Grid (DCC + G). Det huvudsakliga målet för DCC + G-projektet är: Att utforma och validera energieffektiva byggnadsintegrerade DC energidistributionssystem med innovativa och högeffektiva krafthalvledare. Projektet kommer enligt Siemens att löpa fram till våren 2015.
Enligt EU-direktivet måste byggnader uppförda efter 2020 vara så gott som energineutrala. Idag står byggnader för 40 procent av energiförbrukningen i Europa. Över 50 procent används i kommersiella byggnader för uppvärmning, ventilation, luftkonditionering och belysning, enligt Eniac.


Skillnaden mellan en AC-baserad och en DC-baserad UPS.

Huvuddelen av effektbehovet måste i framtiden genereras på plats med hjälp av förnybara källor. Byggnader är för närvarande en av världens största energikonsumenter och står årligen för cirka 40 procent av den totala konsumtionen.
Nästan hela förbrukningen i byggnader idag är enligt Siemens likström. Varje system eller enhet har sin egen strömförsörjning via 230 V växelström från lågspänningsnätet och omvandlar den till en lämplig likspänning. Ett likströmsnätverk inom en byggnad skulle göra det möjligt att ersätta otaliga decentraliserade nätaggregat som istället ersätts av flera stora likriktare. Sådan centralisering skulle öka effektiviteten inom IT-sektorn, exempelvis på grund av att kraftförsörjningsenheterna i bärbara datorer och klusterdator har relativt stora förluster. Situationen är liknande i fallet för belysningssystem som innehåller lysdioder. Lysdioder kommer att bli stor marknad och skulle kunna få ett uppsving om DC-nät används, enligt Siemens.
DCC + G konsortium, som leds av Corporate Technology (CT), Siemens globala forskningsavdelning, vill inrätta ett optimerat 380-voltsnät i en kontorsbyggnad och ett i en stormarknad som exempel. Forskarna räknar med att uppnå energibesparingar på minst fem procent i varje fall. Partnerna i projektet omfattar företag som Philips och Infineon Technologies. Fraunhofer-institutet för integrerade system och Device Technology (IISB) i Erlangen arbetar på nya halvledartekniker för högeffektiva styrkomponenter, switchsystem för nätverksskydd, och likriktare som utgör en nätstabiliserare i gränssnittet till det konventionella sekundära distributionsnätet. De uppges också studera nätverksarkitekturer och energihushållningssystem för optimal energidistribution i DC-nätverket.
Siemens fokuserar här på sensorsystem. Forskare vid CT kommer bland annat utveckla och integrera nya typer av elektriskt isolerade ström- och spänningssensorer för likspänningsystem med stora bandbredder. De avser också att driva fram innovationer inom sensorsystem för övervakning av elektriska energiflöden.


I och med att solcellspaneler levererar likström kan de enkelt integreras med en DC-UPS.

DCC + G är kopplat till Eniac (European Nanoelectronics Initiative Advisory Council) och stöds av EU och flera europeiska forskningsministerier. I Tyskland är det federala forskningsministeriet som stöder DCC + G med fyra miljoner euro enligt forskningsprogrammet IKT 2020. Stödet för högeffektiva hög och ekonomiska energisystem speglar fokus inom den nationella forskningen inom IKT-sektorn, enligt Siemens.
Jonas Karlsson
 

Comments are closed.