Si nous pouvions démarrer notre réseau électrique à partir de zéro avec la technologie actuelle, quel serait le choix le plus efficace? AC ou DC?

Dernièrement, j'ai lu beaucoup d'informations sur les nombreux avantages des systèmes de transmission HVDC pour les transmissions longue distance, les liaisons sous-marines, etc. La raison historique pour laquelle le courant alternatif a été choisi par rapport au courant continu est principalement due à l’invention du transformateur, qui a permis de manipuler facilement la tension alternative, permettant ainsi une transmission haute tension sur de longues distances.

Cependant, après l'invention des vannes au mercure, des thyristors, des IGBT et de tous ces composants qui ont rendu possible la transmission en courant continu, je pensais que si nous avions un réseau purement en courant continu, nous pourrions nous débarrasser de tous les redresseurs AC / DC nos appareils électroniques. Cela pourrait améliorer considérablement l'efficacité énergétique et économiser des tonnes d'argent en ressources.

Si nous avions une chance de recommencer, pourrait un système de transmission par DC-être le meilleur ¹ choix, ou serait - AC venir encore au - dessus?

^{1: avec mieux , je veux dire plus économe en énergie .}

Un peu d'histoire

Les suggestions sous-jacentes à ce sujet vont à l'encontre de ce que beaucoup d'ingénieurs électriciens ont appris depuis leur premier cours sur les circuits: le courant alternatif convient mieux à la transmission de l'énergie. Après tout, lors de la "guerre des courants" de la fin du XIXe siècle, ce fut Tesla qui aida Westinghouse à se battre pour AC, finissant par vaincre les rêves d'Edison d'un empire de Washington.

Le principal avantage de l’utilisation du courant alternatif sur le courant continu était l’efficacité. Il devenait de plus en plus facile de transformer une tension alternative en une autre, en particulier par rapport au coût, à la difficulté et à l’inefficacité de la conversion d’une tension continue en une autre. Selon la première loi de Joule , la quantité d'énergie perdue sous forme de chaleur dans les lignes de transmission est proportionnelle au carré du courant. Etant donné que les lignes de transmission ont une résistance connue (fondamentalement) fixe, le gaspillage est beaucoup plus important dans une transmission à basse tension et à fort courant que dans une transmission à haute tension et à faible courant. Comme indiqué, il était très peu pratique de convertir les tensions continues en un niveau suffisamment élevé pour compenser la perte de ligne par rapport à la facilité relative de transformation des tensions alternatives.

Il convient de noter que de nombreux endroits n’ont jamais complètement basculé des systèmes de transmission CC originaux en CA jusqu’au milieu du XXe siècle.

Vous pouvez lire tout sur l'histoire ici .

Entrez la conception électrique moderne

Cela ne veut pas dire qu'AC n'a pas ses propres problèmes. L' effet de peau est un exemple de l'AC qui est moins efficace que le CC, mais il ne compense toujours pas les pertes de ligne susmentionnées. Un autre problème est celui de la décharge corona se produisant à des niveaux de tension de transmission élevés. Sur de longues distances, le courant alternatif pose également des problèmes de stabilité. Cet article de l'IEEE décrit différentes distances, notant que la réactance de la ligne peut être compensée jusqu'à 600 - 700 miles.

Avec les implémentations modernes de vannes à arc au mercure, de thyristors et d'IGBT, ainsi que des moyens efficaces de conversion de la tension continue, la transmission HVDC est non seulement possible, mais résout de nombreux problèmes liés à la transmission HVAC. La distance de transmission globale est beaucoup plus grande et les effets AC mentionnés sont surmontés. De plus, le coût associé au HVDC est inférieur au HVAC, une fois le seuil de distance franchi. Ce différentiel de coût est discuté en détail dans le présent document, qui inclut également une ventilation du coût des postes électriques. Le coût est également discuté dans le lien fourni par Jake dans sa réponse .

Le fait est que l’infrastructure électrique actuelle est basée sur le transport de courant alternatif. La grande majorité de la technologie moderne a besoin de ce type d’énergie pour son bon fonctionnement. Si AC n’avait jamais été utilisée, je doute que nous aurions beaucoup des "avancées" techniques que nous connaissons et aimons. Théoriquement, l'utilisation du HVDC seul pourrait s'avérer plus efficace, mais pour compenser la différence de coût, un système hybride HVAC / HVDC est la meilleure solution, du moins en ce moment du développement humain.

Avec le coût du cuivre et des autres métaux utiles en augmentation et les problèmes environnementaux liés aux huiles isolantes qui y sont utilisées, les transformateurs de courant alternatif à haute puissance deviennent très coûteux, comparés à leurs équivalents à l'état solide. Ce n'est pas seulement le coût des enroulements, mais aussi celui des grands boîtiers métalliques, ainsi que les coûts de transport et d'installation associés à de tels transformateurs.

Le passage à la transmission CC à haute tension serait probablement un gâchis en termes d'efficacité, mais il pourrait être moins coûteux si nous n'avions pas déjà l'infrastructure actuelle en place. Des transformateurs seraient toujours nécessaires, mais plutôt que des transformateurs de puissance basse fréquence, nous couplerions des convertisseurs CC-CC à semi-conducteurs avec des transformateurs de puissance haute fréquence qui peuvent être beaucoup plus petits (donc moins coûteux) pour une capacité de conversion de puissance identique.