Jakým proudem k budoucnosti?

Jakým proudem k budoucnosti?

20. 08. 2019

Minulosti i současnosti rozvodných sítí vévodí střídavý proud. Ale stejnosměrná konkurence začíná z jeho království ukrajovat. Experimenty ukazují, že svým pánům dokáže přinést značné úspory.

Pozor! Zkouška! Hlášení je zatím jen předzvěstí věcí budoucích. Čtyři roboty za bezpečnostní bariérou stojí bez pohnutí. Vypadají, jako by zmrzly uprostřed pohybu: jejich manipulátory drží součásti, které za několik vteřin znovu začnou svařovat, lepit a nýtovat na karoserii vozu Mercedes-Benz CLS, která stojí mezi nimi. Brzy se ovšem rozběhnou a výsledkem jejich práce nebude nové auto, ale něco cennějšího: informace. V TecFactory, tedy inovačním a vývojovém středisku provozovaném oddělením výrobních technologií společnosti Daimler v německém Sindelfingenu, se totiž vyvíjejí a testují nové výrobní procesy. V tomto konkrétním případě zkoušejí jednu zcela zásadní, byť okem neviditelnou změnu – přechod od využití střídavého proudu ke stejnosměrnému. Tanec, který roboty předvádějí, je jen jeden z mnoha experimentů probíhajících v rámci evropského projektu AREUS. Sdružuje zhruba 13 partnerů z průmyslové i výzkumné sféry a jeho cílem je hledání nových cest v automobilové dopravě. Výrobci by díky němu rádi zvýšili efektivitu, snížili spotřebu energií a vyzkoušeli možnosti využití obnovitelných zdrojů v kombinaci s moderními úložišti energie přímo ve výrobě. Pro tento experiment proto vznikla přesná kopie běžné výrobní buňky. Pracuje ovšem se stejnosměrnou architekturou, a tak musela být vybavena modifikovanými komponenty a stroji. Systém tak pracuje se stejnosměrným napětím 600 V.

Pokusná výrobní buňka využívá standardní vybavení, ovšem upravené na využití stejnosměrného proudu.

Adaptéry, kam se podíváš

Problém, který projekt řeší, známe všichni a jeho důsledky řešíme denně mnohokrát, obvykle zcela nevědomky díky zařízením, která pro nás musel vyrobit někdo jiný. Elektrický proud ze zásuvky je střídavý, mnohé elektronické přístroje ale potřebují stejnosměrný proud. Proto všichni máme spoustu malých napájecích adaptérů; k dobíjení smartphonů, notebooků, tabletů a tak dále a čím dál více. Stoupá počet domů s nainstalovanými fotovoltaickými systémy, výjimkou  není domácí bateriové úložiště nebo elektromobil zaparkovaný v garáži. To vše přímo volá pro stejnosměrné síti… Ve výrobních závodech je situace podobná, ovšem v jiném měřítku. Například pohony s proměnným kmitočtem potřebují stejnosměrný proud pro řízení otáček motoru, a proto jsou vybaveny měničem – a výsledkem jsou samozřejmě ztráty. Dalším cílem projektu je vyvinout systém rekuperace a skladování energie u těchto pohonů. Pro firmy by mohlo být zajímavé i to, že jejich vnitřní stejnosměrné napájení by zároveň dokázalo přímo využít elektřiny z fotovoltaických elektráren, tedy například střešních panelů. Z těchto i dalších důvodů se přechod výrobních podniků na stejnosměrný proud jeví do budoucna jako logický krok s řadou možných výhod. Některé z nich předběžně demonstroval právě i projekt AREUS, na kterém se podílela i společnost Siemens. Projekt byl úspěšně dokončen na podzim roku 2016 a vyhodnocení výsledků bylo povzbudivé. „Použití síťové stejnosměrné automatizace může snížit spotřebu energie až o 20 %,“ shrnul závěry Matthias Jahn, který je ve firmě Daimler odpovědný za business development a spolupráci se společností Siemens.

„Systém pracuje se stejnosměrným proudem o napětí 600 V.“

S pomocí Slunce

Výrobní buňka AREUS přitom nepracovala pouze a výhradně s úsporami, ale také s vlastním zdrojem energie. Je připojena k fotovoltaickému systému na fasádě výrobní haly, který dokáže pokrýt téměř beze zbytku základní spotřebu. Protože ovšem Slunce samozřejmě nedbá na požadavky výroby, zbytek spotřeby se pokrývá dodávkami z veřejné sítě. Aby bylo využití energie z vlastních zdrojů co nejlepší, síť zásobující buňku je podporována několika úložišti (pro dnešní praxi je takové řešení drahé, ovšem zde šlo o demonstraci). V první řadě například lithium-iontovou baterií pro dlouhodobé skladování, ale také kondenzátorovou bankou, která pokrývá krátké energetické špičky vznikající v důsledku dynamického pohybu robotů při zrychlování nebo brzdění. Mezi úložišti je i setrvačník, aby se překlenula technologická mezera mezi lithium-iontovou baterií a kondenzátorovou bankou. Setrvačník se obvykle skládá z rotačního mechanismu a pevně spojeného elektrického motoru. Proces nabíjení se řídí nastavením otáček setrvačníku. Pokud by byla všechna úložiště plná, z technologického hlediska je samozřejmě možné, aby se přebytečná energie mohla prodávat zpět do veřejné sítě.

Jedeme dále

Projekt AREUS již doběhl, ale otázky, které řeší, jsou stále živé a zajímavé. Na jejich rozpracování tak společnost Siemens (spolu s dalšími partnery) pracuje například v rámci projektu DC-INDUSTRIE, který je financován německým ministerstvem pro hospodářství a energetiku. V něm je zapojeno celkem 26 partnerů a jeho hlavním cílem je vývoj nové generace infrastruktury pro stejnosměrné sítě. Nezaměřuje se na automobilový průmysl, ale společnosti Siemens i Daimler tu v bohaté míře využívají předchozích zkušeností. A také samozřejmě získávají stále nové.Některé otázky je třeba ještě vyřešit, například budou muset partneři vyvinout vlastní standardy pro stejnosměrné komponenty. Do chvíle, než zákazníci dostanou vysoce efektivní systémy použitelné jak v malých výrobních buňkách, tak ve velkých výrobních halách, zbývá také vývojářům a inženýrům ještě udělat hodně práce. Obecně se tak očekává, že výrobní celky by mohly začít ve větším měřítku využívat inteligentní stejnosměrné sítě nejdříve zhruba za deset let. Průkopnická buňka v Sindelfingenu, která je zatím stále v provozu, zůstane tedy ještě nějakou dobu osamocená. Zkušenosti s ní si ale už nacházejí uplatnění na linkách. A s každým úspěchem se stejnosměrná budoucnost výroby jeví čím dál pravděpodobnější.

AC vs. DC

Než střídavý proud zvítězil jako dodnes nezpochybnitelný standard, musel vybojovat tzv. „válku proudů“. Její nejurputnější boje se odehrávaly za mořem, v USA, kde měl stejnosměrný proud velkého zastánce v osobě Thomase Edisona. Vlivný vynálezce a manažer obchodně vsadil na stejnosměrný proud a bojoval za jeho vítězství ze všech sil. Nebál se sáhnout i k drastickým či nemorálním prostředkům, jeho patenty z této oblasti pro něj totiž byly velkým zdrojem příjmů. Tajně například zaplatil inženýra, který prodal americkému státu první elektrické křeslo na střídavý proud poté, co jeho konkurent Westinghouse předtím státu podobné zařízení prodat odmítl. Edison doufal, že zákazníci nebudou chtít doma zařízení pracující se stejným proudem jako popravčí nástroj. V roce 1887 na desce připojené k 1000V generátoru popravil před novináři asi tucet zvířat. Zřejmě nejhorší chvíle ovšem přišla 4. ledna roku 1903. Zhruba 1 500 diváků a novinářů se tehdy sešlo, aby přihlíželi konci slonice Topsy. Zvíře patřilo lunaparku na Coney Islandu a už způsobilo smrt tří ošetřovatelů. Lunapark chtěl Topsy utratit a Edison využil příležitosti. Zvíře dostalo otrávené jídlo, bylo připevněno ke speciální konstrukci a o chvíli později bylo zasaženo střídavým proudem o napětí přes 6 000 V, který ho velmi rychle zabil. Edison najal i kameramana, který pořídil krátký snímek „Poprava slona elektrickým proudem“, a měl dále šířit zprávu o nebezpečí střídavého proudu. Technické výhody střídavého proudu, především při tehdejší úrovni elektrotechniky výrazně lepší účinnost při přenosu na větší vzdálenosti, ovšem ani Edisonova drastická „antireklama“ vymazat nedokázala.

Sdílet článek

Chcete vediet viac? Napíšte nám

Odoslaním formulára súhlasím so spracovaním osobných údajov. Vyplnené osobné údaje budeme spracovávať za účelom spracovania vášho dopytu alebo dotazu. Vďaka tomu vám budeme môcť čo najskôr odpovedať a vyriešiť vašu požiadavku. Pre viac informácií kliknite tu.