今日の技術で送電網をゼロから開始できるとしたら、どれが最も効率的な選択でしょうか？ACまたはDC？

最近、私は長距離伝送、海底リンクなどのためのHVDC伝送システムの多くの利点について読んでいます。ACがDCよりも選ばれた歴史的理由は、主に変圧器の発明によるもので、AC電圧を簡単に操作できるため、長距離にわたる高電圧伝送が可能になりました。

ただし、水銀バルブ、サイリスタ、IGBT、およびDC伝送を可能にするこれらすべてのコンポーネントの発明の後、純粋にDCネットワークがあれば、すべてのAC / DC整流器を取り除くことができると考えてきました私たちの電子機器。これにより、エネルギー効率が大幅に向上し、リソースのコストを大幅に節約できます。

我々はやり直す機会があった場合は、DCベースの伝送システムは、より良いかもしれない^1つの選択、またはACはまだトップに来るのでしょうか？

^{1：より良いとは、よりエネルギー効率が高いことを意味します。}

ちょっとした歴史

このトピックの背後にある提案は、多くの電気技術者が最初の回路コース以来教えられてきたことに反します-ACは送電に優れているということです。結局、1800年代後半の「海流の戦争」で、ウェスティングハウスがACのために戦うのを助けたのはテスラであり、最終的にDC帝国というエジソンの夢を打ち負かしました。

この時点でDCよりもACを使用する主な利点は、効率性でした。特に、1つのDC電圧を別のDC電圧に変換するコスト、困難さ、非効率性と比較すると、1つのAC電圧を別のAC電圧に変換することがますます容易になりました。ジュールの第一法則によれば、送電線の熱として浪費される電力量は、電流の2乗に比例します。送電線が既知の（基本的に）固定抵抗を持っていることを考慮すると、同じ量の電力の送電では、高電圧、低電流の送電よりも低電圧、大電流の送電の方がはるかに無駄になります。前述のように、AC電圧を変換するのが比較的容易な場合と比較して、DC電圧をライン損失を克服するのに十分高いレベルに変換することは非常に非現実的でした。

補足として、20世紀半ばまでは、多くの場所が元のDC伝送システムからACに完全に切り替わることはありませんでした。

ここで歴史についてすべて読むことができます。

現代の電気設計を入力してください

これは、ACにそれ自体の問題がないと言っているわけではありません。表皮効果は、 ACが、DCよりも効率が低いことの一例であるが、それでも上記線損失を補償しません。別の問題は、高い伝送電圧レベルで発生するコロナ放電の問題です。長距離では、AC電源にも安定性の問題があります。このIEEEの記事では、ラインリアクタンスを最大600〜700マイルの距離で補正できることに留意して、いくつかの異なる距離を取り上げています。

水銀アークバルブ、サイリスタ、IGBTの最新の実装、およびDC電圧変換の効率的な手段により、HVDC伝送は可能になるだけでなく、HVAC伝送で直面する多くの問題を克服します。全体の伝送距離ははるかに長く、前述のAC効果は克服されます。さらに、距離のしきい値を超えると、HVDCに関連するコストはHVACより低くなります。このコストの差異については、このペーパーで詳しく説明します。これには、変電所のコストの内訳も含まれています。費用は、ジェイクの回答で提供されたリンクでも説明されています。

実際、現在の電気インフラストラクチャはAC送電に基づいています。現代の技術の大部分は、適切な動作のためにこのタイプの電力を必要とし、ACを使用したことがなかったなら、私たちが知っていて愛する技術的な「進歩」の多くがあるとは思わない。理論的には、HVDCを単独で使用する方が効率的ですが、コストの差を補うためには、少なくとも現時点では、HVAC / HVDCハイブリッドシステムが最適なソリューションです。

銅やその他の有用な金属のコストが上昇し、それらに使用される絶縁油の環境問題により、高出力ACトランスは、ソリッドステートの同等品と比較して非常に高価になっています。それは、巻線のコストだけでなく、大きな金属ケースと、そのような大きな変圧器に関連する輸送および設置コストです。

高電圧DC伝送への切り替えは、おそらく効率の面では洗浄になりますが、現在のインフラストラクチャがまだ整っていない場合は、低コストになる可能性があります。変圧器は依然として必要ですが、低周波電力変圧器ではなく、半導体DC-DCコンバーターを、同量の電力変換容量に対してはるかに小さい（したがって安価な）高周波電力変圧器と結合します。