La revanche d'Edison : la montée en puissance du courant continu

En 1903, dernier effort pour maintenir le courant continu comme norme de distribution d'électricité aux États-Unis, Thomas Edison a présidé un événement notoire destiné en partie à démontrer le danger du courant alternatif : l'électrocution de Topsy, un éléphant de cirque considéré comme une menace pour les humains, par une charge CA de 6 600 volts. Le coup d'Edison était purement alarmiste (le courant continu étant tout aussi dangereux à haute tension), et il a échoué : notre réseau est aujourd'hui principalement en courant alternatif.

Mais un peu plus d'un siècle après l'effondrement de Topsy, c'est AC qui semble de plus en plus bancal. Grâce à la consommation d'énergie croissante des appareils numériques de toutes sortes, le courant continu fait un retour, cette fois sur ses propres mérites.

Tout ce qui utilise des transistors repose sur le courant continu, le flux d'électricité dans une direction. Cela explique pourquoi les PC, les iPhones et les téléviseurs à écran plat ont tous des convertisseurs pour transformer le courant alternatif dans les prises murales (qui inverse le sens 120 fois par seconde) en courant continu.

Ces appareils numériques grand public représentent aujourd'hui jusqu'à un cinquième de la consommation électrique totale, selon Greg Reed, directeur de la Power & Energy Initiative à l'Université de Pittsburgh. Reed dit que la courbe de croissance abrupte de l'alimentation CC est due non seulement aux ordinateurs, mais aussi à la propagation d'appareils tels que les LED et les panneaux solaires.

Au cours des 20 prochaines années, nous pourrions certainement voir jusqu'à 50 % de nos charges totales constituées de consommation de courant continu, dit-il. Il accélère encore plus que prévu.

Selon Reed, le nombre croissant d'appareils générant et utilisant du courant continu offre une grande opportunité d'économiser de l'énergie. En distribuant l'alimentation CC aux appareils CC au lieu de la convertir en CA en cours de route, il est possible d'éviter les pertes d'énergie substantielles qui se produisent chaque fois que l'électricité est convertie.

Certaines installations lourdes en électronique développent maintenant des micro-réseaux tout en courant continu pour alimenter les utilisateurs en électricité. Considérez les projets de micro-réseau à courant continu à l'Université chinoise de Xiamen, annoncés en mars. Un réseau électrique autonome s'étendra sur trois bâtiments du campus, reliant un panneau solaire sur le toit de 150 kilowatts aux systèmes d'éclairage LED et aux banques de serveurs informatiques.

La propagation des véhicules électriques pourrait rendre le courant continu encore plus important : les voitures électriques se rechargent en courant continu et nécessitent des quantités substantielles d'énergie. Dragan Maksimovic, expert en électronique de puissance à l'Université du Colorado à Boulder, estime que les chargeurs de véhicules à énergie solaire que son groupe développe devraient réduire les pertes de puissance de 10 % de ce que les panneaux produisent à seulement 2 %. Maksimovic est en partenariat avec Satcon, un fabricant de convertisseurs de puissance, et bénéficie d'un financement de la Hawaii Renewable Energy Development Venture ; l'équipe prévoit d'installer des chargeurs solaires ce printemps dans un complexe de l'île hawaïenne de Lanai.

Les centres de données qui gèrent Internet et les réseaux de télécommunications constituent un autre moteur de DC. Les grandes fermes informatiques consomment désormais plus de 1,3 % de l'électricité dans le monde, et ce chiffre augmente rapidement. La puissance entrante est AC et doit être convertie. Au lieu d'avoir des convertisseurs de puissance sur chaque ordinateur, certaines entreprises installent de gros convertisseurs centralisés et distribuent une alimentation CC de 380 volts sur leurs batteries de serveurs. Le géant japonais des télécommunications NTT possède quatre centres de données dans la région de Tokyo fonctionnant sur DC ; l'année dernière, il a achevé un centre de serveurs basé sur DC dans la ville d'Atsugi, au sud-ouest de Tokyo, qui est le premier à servir des clients externes.

Les économies d'énergie sont réalisées en grande partie en remplaçant les convertisseurs CA/CC connectés aux serveurs individuels par des onduleurs centralisés plus efficaces. Selon Keiichi Hirose, ingénieur de recherche senior chez NTT Facilities à Tokyo, ce commutateur et l'élimination des convertisseurs AC-DC sur les systèmes de batterie de secours ont réduit la consommation d'énergie de 15 % par rapport aux configurations AC conventionnelles. Intel a évalué les économies d'énergie annuelles pour un centre de données de taille moyenne aux États-Unis à 1,2 million de dollars, et la valeur devrait être considérablement plus élevée au Japon et en Europe, où les prix de l'électricité sont plus élevés.

Les circuits d'éclairage à courant continu sont également pris en compte. Emerge Alliance, un consortium basé à San Ramon, en Californie, qui préconise la distribution d'énergie CC dans les bâtiments commerciaux, a établi une norme pour les circuits de plafond 24 volts CC et affirme que faire fonctionner des plafonniers à LED sur des lignes CC consomme jusqu'à 15 % d'énergie en moins. que de faire le commutateur AC-DC à l'intérieur des appareils. Emerge travaille maintenant à fournir une alimentation CC aux ordinateurs de bureau des employés, leur permettant de brancher des ordinateurs ou des téléphones sans avoir besoin de convertisseurs à chaud.

La rébellion de DC s'étendra-t-elle au-delà des bâtiments pour prendre le contrôle des plus grandes lignes qui alimentent les quartiers, les villes et au-delà, comme Edison l'espérait autrefois ? De nombreux experts en énergie sont sceptiques. Le courant alternatif est la norme pour la transmission de l'électricité autour du réseau, et de nombreux appareils, tels que les moteurs électriques, se prêtent au courant alternatif. Je ne pense pas qu'il y aura une transformation complète du système d'alimentation en courant continu, déclare Maksimovic de l'UC Boulder.

Mais d'autres, comme Reed, voient une prise de contrôle de DC comme inévitable. Il note que les lignes de transmission utilisent de plus en plus le courant continu, car les lignes CC à haute tension (CCHT) sont plus faciles à contrôler et ont des pertes plus faibles que les lignes CA. Les lignes longue distance sont souvent la clé pour exploiter les ressources renouvelables situées loin des villes en manque d'électricité, telles que l'énergie éolienne et solaire.

L'extension de la distribution d'énergie CC aux niveaux supérieur et inférieur de la chaîne alimentaire électrique crée également une opportunité de combler l'écart avec la distribution régionale à CC, tout comme Edison l'avait imaginé. Reed note que la conversion du courant alternatif haute tension en 120 volts pour un usage résidentiel entraîne des pertes environ 5 % plus élevées qu'avec des systèmes CC équivalents. Si vous avez du CCHT à une extrémité et une consommation CC de l'autre, cela devient un catalyseur pour le CC moyenne tension entre eux, dit-il.

Avec de telles économies, Reed prédit que la première livraison directe de courant continu de la ligne à haute tension à l'utilisateur final n'est peut-être pas si lointaine, en particulier dans les économies en développement rapide qui construisent de nouvelles infrastructures électriques. Je pense que nous en sommes à moins de 10 ans ici, dit-il, et de trois à cinq ans en Chine.

cacher