Le tecnologie a corrente continua (CC) e a corrente alternata (CA) si sono evolute da quando Tesla ed Edison si contesero, alla fine del XIX secolo, la creazione di un metodo di distribuzione per la rete elettrica. A quel tempo, non esistevano tecnologie in grado di utilizzare la CC in modo sicuro ed economico su lunghe distanze, pertanto la CA fu imposta alla rete. Oggi, l'utilizzo della CC su lunghe distanze è economicamente vantaggioso, le energie rinnovabili basate sulla CC si stanno diffondendo e la maggior parte delle apparecchiature tecnologiche funziona a CC. Tuttavia, la rete elettrica continua a distribuire CA, creando crescenti inefficienze in questo mondo ad alta intensità energetica e guidato dalla tecnologia.
"I recenti progressi nelle tecnologie di conversione di potenza, combinati con il rapido aumento delle apparecchiature basate sulla CC, hanno creato un contesto in cui la distribuzione di energia a 400 V CC deve essere (ed è) attivamente presa in considerazione", afferma Mark Murrill, direttore delle iniziative per l'alimentazione a 400 V CC presso Emerson Network Power. Ha aggiunto: “Gli standard architettonici globali necessari per l'ampia diffusione dell'alimentazione a 400 V CC stanno procedendo bene, come dimostra lo standard EN 300 132-3-1 dell'Istituto europeo per gli standard di telecomunicazione (ETSI), pubblicato nel febbraio 2012. Man mano che i fornitori implementeranno questo standard, l'adozione dell'alimentazione a 400 V CC inizierà ad aumentare rapidamente in diverse applicazioni e verranno definiti e adottati nuovi standard.”
Attualmente Emerson Network Power prevede quattro principali applicazioni per l'utilizzo della tecnologia a 400 V CC: centrali di telecomunicazioni, data center, edifici commerciali e trasporti. Ognuna di queste presenta fattori chiave per la sua implementazione
Telecomunicazioni: Riduzione del rame (e dei costi) nelle centrali telefoniche.
A differenza della rete elettrica, le reti di telecomunicazione utilizzano da tempo la distribuzione di energia in corrente continua (CC), principalmente per la sua elevata affidabilità e le buone prestazioni in termini di qualità del segnale. Con l'adozione della tecnologia CC basata sul silicio nelle apparecchiature di telecomunicazione, si è già instaurato un allineamento tra la distribuzione di energia CC esistente e le apparecchiature che la utilizzano, sebbene vi siano ancora margini di miglioramento in termini di costi ed efficienza. Ad esempio, l'alimentazione a 400 V CC è particolarmente adatta per applicazioni a lunga distanza e ad alto consumo energetico, in quanto riduce i costi di installazione e di esercizio e migliora la gestione dei cavi rispetto all'alimentazione a -48 V CC. Questi vantaggi si ottengono riducendo la quantità di cavi in rame utilizzati di almeno l'80%, con un impatto positivo sia sui costi che sui tempi di installazione. Inoltre, la riduzione delle perdite di linea generalmente aumenta anche l'efficienza energetica end-to-end, riducendo ulteriormente i costi operativi.
Centri dati: riduzione delle perdite di conversione.
La logica alla base dell'utilizzo di alimentazione a 400 V CC in un centro dati si basa sulla necessità di elevata disponibilità, alta efficienza e riduzione del costo totale di proprietà. Poiché l'alimentazione CA deve essere convertita in CC per essere utilizzata da tutte le apparecchiature IT, e poiché i sistemi di accumulo di energia (batterie, volani, ecc.) e le fonti di energia rinnovabile forniscono alimentazione CC, è necessaria un'architettura di alimentazione CC tipica con un minor numero di conversioni di potenza dalla rete al chip. Ridurre queste conversioni non solo consente di risparmiare energia, ma può anche aumentare la disponibilità di alimentazione critica grazie a una distribuzione semplificata e a un minor numero di punti di guasto nella catena di alimentazione. Inoltre, l'alimentazione CC non richiede bilanciamento di fase o considerazioni armoniche, eliminando così la stagnazione dovuta alla riduzione della potenza erogata alle apparecchiature.
Tra le altre opzioni di alimentazione CC per i data center, si annoverano quelle basate su -48 V CC, ideali per soluzioni a fila dove i carichi sono molto vicini all'UPS. Questa topologia a -48 V non è paragonabile a un tradizionale sistema UPS CA installato in sala, ma ora, con l'introduzione di componenti e sistemi di alimentazione a 400 V CC, i vantaggi dell'alimentazione CC sono disponibili per la prima volta in una soluzione di alimentazione per data center di livello enterprise.
“Le sedi centrali delle compagnie telefoniche assomigliano sempre più ai tradizionali data center. Con l'adozione di densità di potenza più elevate e di un maggior numero di apparecchiature IT nelle sedi centrali e nelle centrali di distribuzione via cavo, la distinzione tra le operazioni dei data center e gli uffici delle compagnie telefoniche si sta facendo sempre più labile”, afferma Rhonda Ascierto, analista principale di 451 Research. “La misura in cui le aziende possono trarre vantaggio dai risparmi derivanti dall'alimentazione in corrente continua (CC) varia da data center a data center. Tuttavia, almeno in teoria, i vantaggi dell'utilizzo dell'alimentazione in CC nei data center sembrano evidenti: i server utilizzano la corrente continua e minore è il numero di passaggi di conversione della corrente alternata (CA) dalla rete ai server, maggiore è l'efficienza”, spiega Ascierto.
Edifici commerciali: le energie rinnovabili guidano il cambiamento e ne amplificano i vantaggi. Che siano motivati da ragioni economiche o civiche, i proprietari e i gestori di edifici utilizzano sempre più spesso soluzioni intelligenti che riducono il consumo energetico sfruttando fonti e materiali di energia rinnovabile. L'utilizzo di energia rinnovabile prodotta in loco può ridurre o addirittura eliminare la domanda di elettricità dalla rete. Ciò è particolarmente significativo per l'alimentazione a 400 V CC, poiché le fonti di energia rinnovabile generano corrente continua. Questo significa che l'utilizzo di tale energia per applicazioni in corrente alternata all'interno dell'edificio richiede molteplici conversioni da CC a CA, riducendo così l'efficienza della produzione di energia rinnovabile. Per evitare queste conversioni aggiuntive, architetti e ingegneri progettano edifici con sistemi di distribuzione di energia a "microrete" a 400 V CC, sia a livello globale che in aree specifiche di edifici o campus. Questa soluzione aumenta l'efficienza energetica del sistema, semplifica la microrete e ne migliora l'affidabilità, riducendo al contempo i costi operativi. Inoltre, quando la microrete di un edificio o di un campus è alimentata da più fonti energetiche, la distribuzione di energia a 400 V CC è più facile da gestire perché, a differenza della CA, le fonti CC non richiedono sincronizzazione. Ciò significa che la fonte di energia primaria può essere selezionata in tempo reale in base a fattori quali la disponibilità (di energia solare o eolica, ad esempio) e il costo (tariffe elettriche).
Trasporti: la distribuzione in corrente continua (CC) è già in uso e i suoi vantaggi si diffonderanno ampiamente.
I veicoli di trasporto di vario tipo (automobili, navi, trasporto pubblico, treni, macchine edili, ecc.) stanno integrando l'alimentazione in CC per la propulsione dei motori e altri carichi, al fine di aumentare l'efficienza e risparmiare carburante. Ad esempio, nei settori del trasporto marittimo e ferroviario, l'alimentazione in CC viene sempre più utilizzata per la propulsione e per i carichi integrati. Analogamente, con la crescente diffusione di veicoli elettrici e ibridi come auto e autobus, l'alimentazione in CC diventerà la scelta logica per la ricarica rapida e il funzionamento dei sistemi di bordo. In questi e altri tipi di veicoli, la corrente continua verrà utilizzata insieme alle tecnologie di distribuzione a 400 V, in un'evoluzione continua verso sistemi ibridi e completamente elettrici.
Emerson è membro di EMerge Alliance, un'associazione industriale aperta che sviluppa standard per l'adozione diffusa della distribuzione di energia in corrente continua negli edifici commerciali.
