Gelijkstroom

Betekenis

Gelijkstroom (ook vaak gelijkspanning of DC-net genoemd) is elektrische stroom waarbij de elektronen in één richting door de koperdraad bewegen. De elektronen stromen van de min-pool naar de plus-pool; conventioneel is afgesproken dat de elektrische stroom zich beweegt van plus naar min, dus in tegengestelde richting. Gelijkstroom onderscheidt zich zo van wisselstroom, waarbij de elektronrichting periodiek omkeert (bijvoorbeeld 50 keer per seconde bij 50 Hz).

Toepassing

Gelijkstroom wordt toegepast in allerlei apparatuur en voor specifieke transportverbindingen.

• Voeden van apparaten die intern met gelijkstroom werken: keukenapparatuur, led-verlichting, computers, tv's, audio/video-apparatuur.
• Oorspronkelijke en lokale bronnen: batterijen en zonnepanelen leveren gelijkstroom.
• Transport over lange afstanden via HVDC-kabels, bijvoorbeeld de NorNed-kabel en de Cobra-kale tussen Denemarken en Nederland.
• Conversie tussen DC en AC: omvormers maken gelijkstroom geschikt voor het elektriciteitsnet; in apparaatjes (zoals led-lampen) zitten omvormertjes die wisselstroom naar gelijkstroom maken.

Aandachtspunten

• Elektriciteit die meerdere keren wordt omgezet (DC → AC → DC) veroorzaakt extra energieverlies en kosten.
• Voor korte afstanden (tot een paar kilometer) en voor zeer lange afstanden (meer dan circa 100 km) is transport met gelijkstroom efficiënt, voor middellange afstanden is het minder efficiënt.
• Bij transport veroorzaakt wisselstroom in conventionele kabels verlies; per 1000 km gaat bij wisselstroom ongeveer 10–15% van de energie verloren, bij gelijkstroom is dat circa 4% (ongeveer 1% in de kabel en circa 3% bij omzetting).
• Gelijkstroom kan bij gelijke kabeldiameter meer stroom voeren (minimaal ongeveer twee keer zoveel als wisselstroom), waardoor minder masten en kabelruimte nodig zijn.
• De bestaande infrastructuur en netten zijn vrijwel volledig op wisselstroom gebaseerd; een overstap naar grootschalig gelijkstroom vereist aanzienlijke aanpassingen.

Voordelen

• Minder energieverlies bij langeafstandstransport (bijvoorbeeld vanaf circa 500 km geeft gelijkspanning minder verlies dan wisselspanning).
• Grotere capaciteit per kabeldoorsnede, wat materiaalkosten en mastaantal kan verminderen.
• Mogelijkheid om congestie in het elektriciteitsnet te beperken door hogere capaciteit.
• Oplossing voor internationale uitwisseling zonder problemen met faseverschillen.

Nadelen

• Huidige openbare netten en installaties zijn vooral op wisselstroom ontworpen; netbeheerders veranderen niet snel van infrastructuur wegens hoge kosten en praktische hinder.
• Historisch was gelijkstroom moeilijker te verlagen naar andere spanningen; wisselspanning bood makkelijker schakelen naar hogere of lagere spanningen.
• Noodzaak van omvormers voor veel toepassingen omdat de distributie en veel gebruikers wisselstroom verwachten.

Transport en conversie

• High Voltage Direct Current (HVDC) wordt toegepast voor efficiënt transport over grote afstanden; voorbeelden zijn de NorNed-kabel en de Cobra-kale tussen Denemarken en Nederland.
• Convertors met Insulated-Gate Bipolar Transistors (IGBT's) worden gebruikt om energierichting om te zetten en de spanning te regelen; zo kan ook eenvoudig een windpark worden ingekoppeld.