1882年，愛迪生將紐約珍珠街發(fā)電站發(fā)出的110V直流電輸送到兩公里外，點亮了曼哈頓的400盞燈，這成為了人類電力史中最重要的里程碑之一。
然而，直流電的先發(fā)優(yōu)勢并沒能戰(zhàn)勝交流電的高效便捷，威斯汀豪斯與特斯拉等人所支持的交流輸配電系統(tǒng)，依靠更加簡單的變壓方式，通過更高電壓降低輸電的損耗，從而得以將電力輸送到更遠(yuǎn)地方，也逐漸成為電力系統(tǒng)的主流，這段歷史被稱為“電流戰(zhàn)爭”。
技術(shù)的發(fā)展總是有些耐人尋味，就像是一記“回旋鏢”，明明早已飛出了人們視野，卻能悄然再次回到我們面前，誕生于19世紀(jì)的電動車如此，直流電也同樣如此。曾經(jīng)的被主流拋棄的“敗者”是如何引領(lǐng)起新的時代？
技術(shù)局限，日漸式微
一百多年前，由于電力裝備技術(shù)的制約，直流電因其物理特性導(dǎo)致難以提升電壓，相比于交流電，在輸配電方面，直流電系統(tǒng)的損耗更高，必須建設(shè)更密集的發(fā)電站，使用更粗更低電阻的電纜，因此在成本上落于下風(fēng)，難以與交流電競爭。
Q：電力在輸送過程中，線路損耗是如何產(chǎn)生的？
線路損耗最主要的來源是電流的熱效應(yīng)，由于電纜導(dǎo)線存在電阻，在輸電過程中，電能會轉(zhuǎn)化為熱能，這部分損失的能量正比于電流的平方，因此線路通過的電流越大、線纜阻值越高，電能的損耗也就越大。
對于交流電系統(tǒng)，損耗還包括無功損耗、趨膚效應(yīng)、電暈放電等復(fù)雜因素。
Q：交流電（AC）和直流電（DC）截然不同的發(fā)展歷程，最根本的原因是什么？
交流電的電壓電流隨時間周期性變化，變化的電流能夠產(chǎn)生變化的磁場，而變化的磁場又能產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此基于電磁感應(yīng)原理，就能設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單可靠、效率很高的變壓器，在早期輸配電方面具有很大的優(yōu)勢。
220kV油浸式交流變壓器
直流電恒定的特性決定了它無法產(chǎn)生不斷變化的磁場，直到半導(dǎo)體元件的出現(xiàn)，極大的推動了電力電子技術(shù)的發(fā)展，才能夠設(shè)計出DC-DC變換器，實現(xiàn)直流電的高效升壓降壓。
解決瓶頸，突飛猛進(jìn)
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，以及半導(dǎo)體器件成熟，直流電得以擺脫在變電方面的掣肘。一方面，在超高壓、特高壓輸電領(lǐng)域，直流輸電技術(shù)在性能與成本等方面已經(jīng)與交流輸電各有千秋，在一些遠(yuǎn)距離的輸電項目中，特高壓直流輸電在線路建設(shè)和損耗方面更有優(yōu)勢。
烏東德廣東廣西特高壓多端柔性直流輸電工程
另一方面，在中低壓配電領(lǐng)域，雖然交流配電系統(tǒng)仍然占據(jù)絕對的主流，但直流配電也逐漸展現(xiàn)出某些方面的優(yōu)勢。
更經(jīng)濟(jì)
直流配電只需要正負(fù)兩極，相比交流配電的三相四線制建設(shè)成本更低；在有效值相同的情況下，直流線路的電壓峰值低，電纜成本方面更有優(yōu)勢；在功率相同的情況下，直流系統(tǒng)可采用雙極，線電流為交流系統(tǒng)的二分之一，大大減少線路損耗。
更高效
“雙碳”背景下，大量分布式能源與儲能裝置需要接入電網(wǎng)，例如光伏發(fā)電、電池儲能等裝置需要通過多個環(huán)節(jié)的交直流轉(zhuǎn)換，以及復(fù)雜的控制系統(tǒng)才能實現(xiàn)交流并網(wǎng)，如果采用直流配電網(wǎng)，則能降低整體系統(tǒng)的復(fù)雜度，實現(xiàn)各類分布式電源與儲能裝置的高效接入。
更可靠
交流電系統(tǒng)由于頻率與相位的問題，不同電源之間無法直接并聯(lián)，需要通過備用電源自動投入使用裝置實現(xiàn)冗余供電，在主電源發(fā)生故障時，因電源切換需要時間，存在短時斷電的情況。而直流電系統(tǒng)則沒有上述問題，可以通過直流不間斷電源等方式實現(xiàn)可靠性更高的供電。
總的來講，交流電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備成熟可靠，但隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，體系愈發(fā)龐大復(fù)雜，而直流電系統(tǒng)的核心設(shè)備依賴于半導(dǎo)體，技術(shù)門檻比較高，但在技術(shù)成熟后，逐漸展現(xiàn)出更為簡單高效的特點，也更為符合未來以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展方向。
先行先試，潛力無限
在實際的工程應(yīng)用方面，即便直流配電具有諸多優(yōu)勢，也還需要循序漸進(jìn)的探索。20世紀(jì)末，各國已經(jīng)在一些特殊場景進(jìn)行了嘗試，例如對配電可靠性要求非常高的數(shù)據(jù)中心、船舶、航空航天等場景，為如今直流配電的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。
現(xiàn)在，直流配電也還沒有進(jìn)入到大規(guī)模推廣的發(fā)展階段，仍然需要業(yè)主單位、相關(guān)企業(yè)的持續(xù)探索。
白云電氣集團(tuán)作為電力能源裝備的領(lǐng)軍企業(yè)，結(jié)合實際客戶痛點，在零碳數(shù)智樓宇、綠色智慧園區(qū)、城市軌道交通等重點領(lǐng)域探索直流配電系統(tǒng)的應(yīng)用，提高新能源利用率，打造“光儲柔直充”一體化解決方案，實現(xiàn)節(jié)能減排，助力“雙碳”戰(zhàn)略的落實。
在樓宇建筑領(lǐng)域，大量用電設(shè)備最終使用的是直流電，例如我們身邊常見的手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、智能音箱、路由器、電視等電子設(shè)備，包括新能源汽車的充電。這些設(shè)備約占整體負(fù)荷的50%。而像是冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等傳統(tǒng)的大件家用電器，近年來也都逐漸開始采用直流變頻技術(shù)，同樣也需要AC-DC變換，如果采用直流配電，那么很多用電設(shè)備都可以省去AC-DC的變換環(huán)節(jié)，因此直流配電在樓宇建筑領(lǐng)域有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
在綠色園區(qū)領(lǐng)域，由于園區(qū)接入了大量的分布式光伏、儲能裝置、充電樁等配套設(shè)施，電能的分配與新能源的及時消納成為痛點問題。在傳統(tǒng)的交流配電系統(tǒng)中，光伏發(fā)電與儲能都需要進(jìn)行DC-AC變換后并網(wǎng)，同時汽車充電樁作為用電負(fù)荷還需要經(jīng)過AC-DC變換，全流程的效率較低，采用直流配電，更有利于構(gòu)建“就地生產(chǎn)、就地消納、電網(wǎng)互動”柔性配電系統(tǒng)。
在城市軌交領(lǐng)域，節(jié)能一直是重中之重，除列車牽引用電外，站點空間的大量照明、空調(diào)等設(shè)施也是耗能大戶，而隨著直流牽引技術(shù)在城市軌道交通的廣泛應(yīng)用，具備構(gòu)建直流配電系統(tǒng)的基礎(chǔ)優(yōu)勢，在實現(xiàn)節(jié)能降耗、接入分布式能源的同時，還能可以提高大量LED照明設(shè)備的壽命，降低維護(hù)成本。
Q：直流配電為什么能提高LED設(shè)備的壽命？
LED（發(fā)光二極管）由低壓直流驅(qū)動，需要驅(qū)動電源將交流市電降壓整流為低壓直流，電路中使用較大容量的電解電容，但其壽命要比LED燈珠壽命短很多，成為LED燈具整體的壽命短板，直流配電則能解決這一難題。
直流配電系統(tǒng)更適應(yīng)未來負(fù)荷與電源的發(fā)展特點，滿足綠色、高效、可持續(xù)性的要求，具有很大的潛力，但目前直流配電技術(shù)的發(fā)展正處于快速上升的階段，距離技術(shù)成熟仍有一段距離。
一方面直流配電的電壓等級、電器、檢測等還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，另一方面相關(guān)的關(guān)鍵設(shè)備仍在開發(fā)。白云電氣集團(tuán)及旗下企業(yè)目前正大力開發(fā)大容量電力電子設(shè)備、直流斷路器等直流相關(guān)設(shè)備及控制保護(hù)技術(shù)，積極推動直流輸配電技術(shù)的應(yīng)用。
大家往往把直流電和交流電看作是水火不容的對手。一百多年前，交流電因為能方便解決電壓升降的問題成為了主流，如今，建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)浪潮，又為直流電的配網(wǎng)打開了發(fā)展的空間。
或許有人把直流電的“復(fù)興”視作對交流電的“復(fù)仇”，賦予了一些情感色彩?？墒聦嵣?，交流電與直流電只是人類利用電力能源的不同形式，新的時代，它們或許更像是“朋友”，在實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的偉大征程上，融合共存，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，共同構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。
