La guerra delle correnti

[Foxato]

Salve a tutti,
premetto che sono uno studente di elettronica, percui le mie conoscenze elettrotecniche sono limitate e probabilmente è per questo che mi sono posto una domanda che da qualche giorno mi assilla... perché trasmettiamo l'energia elettrica in corrente alternata?

Il ragionamento che ho fatto è il seguente: se è vero che data una resistenza il valore efficace della corrente che vi scorre in regime sinusoidale è pari al valore che dovrei avere con una corrente costante per avere la stessa potenza dissipata, questo significa che una linea in continua dissipa la stessa potenza richiedendo tensioni e correnti inferiori di radice di 2 volte il valore massimo rispetto al regime sinusoidale. Questo si ripercuote di conseguenza anche sul dimensionamento della sezione dei cavi e dell'isolamento degli stessi. Inoltre linee in continua non risentono di problemi di effetto pelle (che tuttavia non so se sia rilevante) o di adattamenti della linea, che immagino invece siano rilevanti specialmente per le linee non aeree.
Certo... in continua non so che farmene del trasformatore, quello che ritengo essere il principale metodo per elevare la tensione e quindi ridurre l'effetto joule... tuttavia avendo recentemente studiato diversi convertitori (ma per potenze "elettroniche") mi chiedevo se esistono sistemi analoghi per variare il rapporto tensione/corrente con efficienze quantomeno vicine quelle di un trasformatore in regime sinusoidale.
Ho poi cercato di considerare una futura evoluzione della produzione di energia elettrica... ad esempio le celle fotovoltaiche producono già in continua, mentre altre fonti quali l'eolico presumo (ma in realtà non so) necessitino di una qualche conversione della loro energia prima di immetterla in rete, non risulterebbe quindi conveniente convertire direttamente in continua?

...bene, poiché in realtà vince il sistema sinusoidale dove sbaglio?

[Candy]

Il trasporto di energia elettrica è nato e si è sviluppato quando l'elettronica non esisteva ed il modo miglire di ridurre le perdite era trasportre più tensione a minor intensità di orrente. Il modo più semplice era usare trsformatori, che funzionano solo in corrente alternata, (Eccetto quello che conoscono gli amici di Pisa), per produrre l'alta tensione da trasportare e ridurla per il normale uso. Regole che restano valide tutt'oggi.

[6367]

Ho poi cercato di considerare una futura evoluzione della produzione di energia elettrica... ad esempio le celle fotovoltaiche producono già in continua, mentre altre fonti quali l'eolico presumo (ma in realtà non so) necessitino di una qualche conversione della loro energia prima di immetterla in rete, non risulterebbe quindi conveniente convertire direttamente in continua?

Hai perfettamente ragione. Lo sviluppo di "trasformatori" per la corrente continua, sta lentamente riportando in auge il trasporto e la distribuzione in continua.

Le valvole al mercurio prima, i tiristori poi hanno reso possibile la realizzazione di efficienti convertitori dc-dc. A partire dal 1954, con la realizzazione dell'elettrodotto sottomarino in corrente continua che collega l'isola di Gotland con la terra ferma, si è inaugurata l'era degli elettrodotti ad alta tensione in corrente continua (HVDC).
Oggi è normale utilizzare la corrente continua per elettrodotti a lunghissima distanza, in particolare ove non è possibile realizzare stazioni intermedie come nel caso delle linee sottomarine.Si evitano le perdite capacitive e per sfasamento. In definitiva la scelta fra ac e dc è un calcolo di convenienza. Per esempio è in HVDC l'elettrodotto Sa.Co.I., che collega Sardegna, Corsica e continente, e il recentissimo Sapei (http://it.wikipedia.org/wiki/SAPEI).

Ma vi è di più. La diffusione di utilizzatori di potenza in corrente continua (computer center), di generatori distribuiti in corrente continua e di sistemi di accumulo (UPS), sta rendendo interessante dal punto di vista dell'efficienza energetica la possibilità di distribuire energia in corrente continua a bassa tensione sino agli apparecchi utilizzatori (LVDC). Non dico che nei prossimi anni avremo tutti a casa prese in continua, ma in alcuni impianti particolari, come gli ospedali e i centri informatici, fra qualche anno troveremo circuiti elettrici di alimentazione a 400 V dc. Sono tecnologie già in corso di sperimentazione.

[sebago]

l'elettrodotto Sa.Co.I., che collega Sardenia, Corsica e continente

questa mi è nuova, quasi quasi avrei preferito Sardinya (o meglio ancora SHRDN, che un tempo era visibile nella mia icona)...
Scherzo, ovviamente...
Saluti

[6367]

quasi quasi avrei preferito Sardinya

Chiedo venia per l'imperdonabile errore, causato dal sonno e dall'abitudine alla lingua inglese quando parlo di HVDC.

[lillo]

Da quel che ricordo, il mio professore di elettrotecnica 2 ci accennò qualcosa a riguardo.
Oltre al collegamento Sardegna-Lazio, ci parlò di uno in continua sottomarino tra Grecia e Puglia (chiedo conferma). La cosa curiosa che ci disse è che alcuni di questi impianti speciali utilizzano il mare stesso come ritorno.
Il dubbio è la produzione di energia elettrica in continua. Probabilmente questo può essere stato uno dei motivi dell'avvento trifase. Tranne le batterie (che sfruttano reazioni chimiche) non so se vi siano altri metodi di produzione in continua, soprattutto per elevate potenze.
Per quel che riguarda il trasporto, hai detto tu stesso dovremmo abbandonare il buon vecchio trasformatore (che ricordo vanta un rendimento probabilmente ineguagliabile) e affidarci a chopper o comunque convertitori dc\dc.
Sempre rimanendo in tema distribuzione, il trifase sconfigge non solo la continua, ma anche il fratellino minore monofase, per via del risparmio di rame (o comunque di conduttori) a parità di potenza.
Per quel che riguarda eolico e fotovoltaico, sono fonti che, secondo me, richiederebbero a priori una conversione indipendentemente che la rete sia in alternata o continua, correggetemi se sbaglio.

[6367]

Oltre al collegamento Sardegna-Lazio, ci parlò di uno in continua sottomarino tra Grecia e Puglia (chiedo conferma).

http://en.wikipedia.org/wiki/File:HVDC_Europe.svg

La cosa curiosa che ci disse è che alcuni di questi impianti speciali utilizzano il mare stesso come ritorno.

Sì. Di solito esiste lo stesso un conduttore di ritorno, ma non è isolato.

Probabilmente questo può essere stato uno dei motivi dell'avvento trifase.

I motivi storicamente furono due:
- semplicità costruttiva per alternatori e motori
- a parità di rame, di dissipazione lungo la linea, e di tensione rispetto a terra, si tramette il doppio dell'energia rispetto a un sistema monofase.

Per quel che riguarda il trasporto, hai detto tu stesso dovremmo abbandonare il buon vecchio trasformatore (che ricordo vanta un rendimento probabilmente ineguagliabile) e affidarci a chopper o comunque convertitori dc\dc.

Be', non esageriamo.

Per quel che riguarda eolico e fotovoltaico, sono fonti che, secondo me, richiederebbero a priori una conversione indipendentemente che la rete sia in alternata o continua, correggetemi se sbaglio.

Sarebbe molto difficile gestire generatori delocalizzati e stocastici se lavorassero alla frequenza di rete. C'è un problema di sincronizzazione.

[lillo]

grazie per aver confermato o corretto quello che ho scritto

[Foxato]

Ma vi è di più. La diffusione di utilizzatori di potenza in corrente continua (computer center), di generatori distribuiti in corrente continua e di sistemi di accumulo (UPS), sta rendendo interessante dal punto di vista dell'efficienza energetica la possibilità di distribuire energia in corrente continua a bassa tensione sino agli apparecchi utilizzatori (LVDC). Non dico che nei prossimi anni avremo tutti a casa prese in continua, ma in alcuni impianti particolari, come gli ospedali e i centri informatici, fra qualche anno troveremo circuiti elettrici di alimentazione a 400 V dc. Sono tecnologie già in corso di sperimentazione.

Interessante! immagino anche per eventuali future stazioni di ricarica per mezzi di trasporto elettrici, o per sistemi di illuminazione a led.

Ma quindi la produzione resta comunque alternata per poi essere convertita in continua o in questo caso si produce direttamente in continua?
Avrei un'altra domanda. Nelle recenti auto ibride/elettriche mi sembra si utilizzino sempre e solo motori che funzionano in regime sinusoidale, inoltre un amico mi diceva che anche nel treno ad alta velocita' francese utilizzano un motore in regime sinusoidale nonostante la linea di alimentazione sia in continua. perche' dunque i motori in continua sono cosi' "bistrattati" nei campi piu' disparati? non penso abbiano bassi rendimenti, ne che non possa essere agevolmente variata la coppia/potenza meccanica che forniscono.

[6367]

Ma quindi la produzione resta comunque alternata per poi essere convertita in continua o in questo caso si produce direttamente in continua?

Se parliamo di grandi centrali elettriche penso che il generatore più efficiente sia l'alternatore.
In ogni caso va ribadito che ad oggi, la rete in alta tensione è in AC, tranne alcune tratte sempre più numerose in HVDC.

perche' dunque i motori in continua sono cosi' "bistrattati" nei campi piu' disparati? non penso abbiano bassi rendimenti, ne che non possa essere agevolmente variata la coppia/potenza meccanica che forniscono.

Bisognerebbe chiedere ad un motorista. Tuttavia se parliamo di motori azionati a frequenza variabile, il loro azionamento comprende uno stadio raddrizzatore e poi un inverter a frequenza variabile. Quindi potrebbero essere alimentati direttamente in continua risparmiando il raddrizzatore.