AC対DC、どちらが勝つでしょうか？

100年以上前、テスラの交流電流がエジソンの直流電流に勝利し、交流電流が何千もの家庭に利用可能になりました。今日再び比較すると、AC はまだ DC よりも有利でしょうか?

まず、直流が排除される主な理由は、回線での過剰な電力損失であると言えます。 110Vなどの低電圧送電では、長距離にわたって電気を送るのに多大なコストがかかります。

例えば、伝送距離が長くなると、それに応じて線路の等価抵抗 R も増加し、線路損失も増加します。場合によっては、回線損失が 50% を超えることもあります。つまり、発電所が 1000W の電気を発電した場合、ユーザーが受け取ることができるのは 500W の電気だけであり、残りの 500W はすべて送電線で失われます。このような損失はどの発電所にとっても許容できるものではありません。

19 世紀には、直流送電の電圧はそれほど高くできませんでしたが、交流送電では非常に高い電圧に達することができました。より高い電圧条件下では、高圧 AC 送電の線路損失は低電圧 DC 送電の線路損失よりも確実に小さくなります。この観点から見ると、当時の交流の商業的価値は直流のそれをはるかに上回っていました。

直流を使用する場合、発電所に近いユーザーは 110V の電圧を確実に受けることができますが、発電所から遠く離れたユーザーは 80V しか受け取れない可能性があり、電気製品の性能と寿命に重大な影響を与えます。

電圧をもう少し上げてもらえますか？たとえば、140V に上げると、明らかに機能しません。電圧を140Vに上げると、発電所の末端のユーザーは110Vの電圧を得られる一方、発電所に近いユーザーは140Vの電圧を負担しなければなりません。この電圧は電気製品の定格電圧を超えており、電気製品に損傷を与え、耐用年数を短縮することになります。重要なのは、直流は変圧器を使用できず、交流の産物であるということです。

最後に、高電圧送電は故障が発生したときに故障電流を素早く遮断し、大きなアークを発生させます。このアークが時間内に遮断されない場合、電力システムに重大な損傷が発生します。 AC 電流がゼロ点を通過すると、アークは一時的に消滅しますが、DC 回路ブレーカーではこれができません。

これらの欠点により、100 年以上前に直流は間違いなく交流に負けてしまいました。エジソンは象を感電させたり電気椅子を作ったりして世界を怖がらせようとしましたが、それでも失敗の運命から逃れることはできず、むしろ人生に汚点を残しました。

それで、今日 DC が AC に対して勝つ可能性は高いのでしょうか?正直に言うと、まだ勝つのは難しいです。まず、現在では火力発電所と水力発電所が主な発電技術となっています。それらはすべて交流電流を生成します。風力や原子力も交流です。現時点では直流電流に関する報告はありません。

DC 風力タービンの割合は基本的に無視できます。主な理由は、電力網が AC 電力に接続される必要があり、DC 風力タービンは DC を AC に変換する必要があるためです。現在、太陽光発電で発電される電気は直流のみですが、電力網に接続するためにはパワーエレクトロニクスや蓄電装置を用いて直流と交流を変換する必要があり、効率が低いという問題がありました。

長年の開発を経て、交流発電機の容量は現在非常に大きくなり、火力発電用の120MW超々臨界ユニットの技術はすでに非常に成熟しています。さらに、火力発電や水力発電は発電機能だけでなく、電力網のピークや周波数の調整にも貢献しています。 AC 発電機は、電力出力や発電などの問題を制御できるため、解決が容易になります。

発電の全体的な観点から見ると、交流電力の利点と長年にわたり徐々に成熟してきた技術は、直流電力では凌駕できません。

遮断器に関しては、何度も更新され、技術はかなり成熟していますが、高電圧 DC 遮断器の実現は依然として困難です。

直流には多くの欠点があると言われてきましたが、実際には利点もあります。たとえば、同じ電力を送信する場合、直流では 2 本のワイヤしか必要ありませんが、交流では 3 本のワイヤが必要になります。つまり、直流高圧送電線の方が安価になるということです。

さらに、DC ラインには誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスがないため、無効電力損失はありません。交流架空線に比べてコロナ損失や無線干渉が小さくなります。その他の利点としては、システムの短絡電流を制限する機能、高速調整、信頼性の高い動作などが挙げられます。

では、なぜこれらの利点は 100 年以上前に発見されなかったのでしょうか?これは、当時の電子回路技術がまだ発達しておらず、直流の重要な問題を克服できず、その利点を引き出すことができなかったためです。

しかし、1950 年代に整流器とインバーターが登場し、直流が再び注目を集めるようになりました。各国は直流送電線の高い損失の問題を克服するために新しい技術の使用を試み始め、一定の成果を達成しました。

もちろん、これらの進歩は直流を少数の分野でしか使用できないようにしただけで、交流の地位を揺るがすほどではありません。現在、直流の主な応用範囲は長距離高電圧送電です。私の国で超高電圧技術が登場した後、全国で約20本の直流送電線が追加されました。

現在の電力システムでは、高圧送電は交流と直流が共存し、相互に補完し合う状況ですが、電力消費は依然として交流が主であり、これが今後の発展の傾向となると思われます。