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手艺科普 | 交流电“称霸”了一百多年，直流电凭什么挑战它？

宣布日期：2024-03-05

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1882年，爱迪生将纽约珍珠街发电站发出的110V直流电运送到两公里外，点亮了曼哈顿的400盏灯，这成为了人类电力史中最主要的里程碑之一。

然而，直流电的先发优势并没能战胜交流电的高效便捷，威斯汀豪斯与特斯拉等人所支持的交流输配电系统，依赖越发简朴的变压方法，通过更高电压降低输电的消耗，从而得以将电力运送到更远地方，也逐渐成为电力系统的主流，这段历史被称为“电流战争”。

手艺的生长总是有些耐人寻味，就像是一记“盘旋镖”，显着早已飞出了人们视野，却能悄然再次回到我们眼前，降生于19世纪的电动车云云，直流电也同样云云。一经的被主流扬弃的“败者”是怎样引领起新的时代？

手艺局限，日渐式微

一百多年前，由于电力装备手艺的制约，直流电因其物理特征导致难以提升电压，相比于交流电，在输配电方面，直流电系统的消耗更高，必需建设更麋集的发电站，使用更粗更低电阻的电缆，因此在本钱上落于下风，难以与交流电竞争。

Q：电力在运送历程中，线路消耗是怎样爆发的？

线路消耗最主要的泉源是电流的热效应，由于电缆导线保存电阻，在输电历程中，电能会转化为热能，这部分损失的能量正比于电流的平方，因此线路通过的电流越大、线缆阻值越高，电能的消耗也就越大。

关于交流电系统，消耗还包括无功消耗、趋肤效应、电晕放电等重大因素。

Q：交流电（AC）和直流电（DC）截然差别的生长历程，最基础的缘故原由是什么？

交流电的电压电流随时间周期性转变，转变的电流能够爆发转变的磁场，而转变的磁场又能爆发感应电流，因此基于电磁感应原理，就能设计出结构简朴可靠、效率很高的变压器，在早期输配电方面具有很大的优势。

220kV油浸式交流变压器

直流电恒定的特征决议了它无法爆发一直转变的磁场，直到半导体元件的泛起，极大的推动了电力电子手艺的生长，才华够设计出DC-DC变换器，实现直流电的高效升压降压。

解决瓶颈，突飞猛进

随着电力电子手艺的生长，以及半导体器件成熟，直流电得以挣脱在变电方面的掣肘。一方面，在超高压、特高压输电领域，直流输电手艺在性能与本钱等方面已经与交流输电各有千秋，在一些远距离的输电项目中，特高压直流输电在线路建设和消耗方面更有优势。

乌东德广东广西特高压多端柔性直流输电工程

另一方面，在中低压配电领域，虽然交流配电系统仍然占有绝对的主流，但直流配电也逐渐展现出某些方面的优势。

更经济

直流配电只需要正负南北极，相比交流配电的三相四线制建设本钱更低；在有用值相同的情形下，直流线路的电压峰值低，电缆本钱方面更有优势；在功率相同的情形下，直流系统可接纳双极，线电流为交流系统的二分之一，大大镌汰线路消耗。

更高效

“双碳”配景下，大宗漫衍式能源与储能装置需要接入电网，例如光伏发电、电池储能等装置需要通过多个环节的交直流转换，以及重大的控制系统才华实现交流并网，若是接纳直流配电网，则能降低整系一切的重漂后，实现种种漫衍式电源与储能装置的高效接入。

更可靠

交流电系统由于频率与相位的问题，差别电源之间无法直接并联，需要通过备用电源自动投入使用装置实现冗余供电，在主电源爆发故障时，因电酝迫椿需要时间，保存短时断电的情形。而直流电系统则没有上述问题，可以通过直流不中止电源等方法实现可靠性更高的供电。

总的来讲，交流电系统的要害装备成熟可靠，但随着电力系统的生长，系统愈发重大重大，而直流电系统的焦点装备依赖于半导体，手艺门槛较量高，但在手艺成熟后，逐渐展现出更为简朴高效的特点，也更为切合未来以新能源为主体的新型电力系统生长偏向。

先行先试，潜力无限

在现实的工程应用方面，即便直流配电具有诸多优势，也还需要循序渐进的探索。20世纪末，各国已经在一些特殊场景举行了实验，例如对配电可靠性要求很是高的数据中心、船舶、航空航天等场景，为现在直流配电的生长提供了基础。

现在，直流配电也还没有进入到大规模推广的生长阶段，仍然需要业主单位、相关企业的一连探索。

欧博abg作为电力能源装备的领军企业，团结现实客户痛点，在零碳数智楼宇、绿色智慧园区、都会轨道交通等重点领域探索直流配电系统的应用，提高新能源使用率，打造“光储柔直充”一体化解决计划，实现节能减排，助力“双碳”战略的落实。

在楼宇修建领域，大宗用电装备最终使用的是直流电，例如我们身边常见的手机、平板电脑、条记本电脑、智能音箱、路由器、电视等电子装备，包括新能源汽车的充电。这些装备约占整体负荷的50%。而像是冰箱、空调、洗衣机等古板的大件家用电器，近年来也都逐渐最先接纳直流变频手艺，同样也需要AC-DC变换，若是接纳直流配电，那么许多用电装备都可以省去AC-DC的变换环节，因此直流配电在楼宇修建领域有相当大的生长潜力。

在绿色园区领域，由于园区接入了大宗的漫衍式光伏、储能装置、充电桩等配套设施，电能的分派与新能源的实时消纳成为痛点问题。在古板的交流配电系统中，光伏发电与储能都需要举行DC-AC变换后并网，同时汽车充电桩作为用电负荷还需要经由AC-DC变换，全流程的效率较低，接纳直流配电，更有利于构建“就地生产、就地消纳、电网互动”柔性配电系统。

在都会轨交领域，节能一直是重中之重，除列车牵引用电外，站点空间的大宗照明、空调等设施也是耗能大户，而随着直流牵引手艺在都会轨道交通的普遍应用，具备构建直流配电系统的基础优势，在实现节能降耗、接入漫衍式能源的同时，还能可以提高峻量LED照明装备的寿命，降低维护本钱。

Q：直流配电为什么能提高LED装备的寿命？

LED（发光二极管）由低压直流驱动，需要驱动电源将交流市电降压整流为低压直流，电路中使用较大容量的电解电容，但其寿命要比LED灯珠寿命短许多，成为LED灯具整体的寿命短板，直流配电则能解决这一难题。

直流配电系统更顺应未来负荷与电源的生长特点，知足绿色、高效、可一连性的要求，具有很大的潜力，但现在直流配电手艺的生长正处于快速上升的阶段，距离手艺成熟仍有一段距离。

一方面直流配电的电压品级、电器、检测等还没有形成统一的标准，另一方面相关的要害装备仍在开发。欧博abg及旗下企业现在正鼎力大举开发大容量电力电子装备、直流断路器等直流相关装备及控制�；な忠�，起劲推动直流输配电手艺的应用。

各人往往把直流电和交流电看作是水火禁止的敌手。一百多年前，交流电由于能利便解决电压升降的问题成为了主流，现在，建设以新能源为主体的新型电力系统浪潮，又为直流电的配网翻开了生长的空间。

或许有人把直流电的“再起”视尴尬刁难交流电的“复仇”，付与了一些情绪色彩�？墒率瞪�，交流电与直流电只是人类使用电力能源的差别形式，新的时代，它们或许更像是“朋侪”，在实现“双碳”目的的伟大征程上，融合共存，充分验展各自的优势，配合构建新型电力系统。

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