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即時焦點:交流電PK直流電,誰會贏?

時間:2023-06-13 09:49:14    來源:科普中國網    

100多年前,特斯拉的交流電擊敗了愛迪生的直流電,使得交流電走進了千家萬戶。如今要是再比一次,交流電對上直流電還有沒有優勢?

首先,我們說導致直流電被淘汰的最主要原因就是線路上的電能損耗過大,利用110V這種低壓輸電,想要長距離輸送電能是需要付出很多代價的。


(相關資料圖)

比如,隨著輸送距離的增加,那么線路的等效電阻R就隨之增大,線路損耗也就增大,有時候線損甚至能達到50%以上,也就是說,如果發電廠發出1000W的電,那么用戶可能就只能得到500W的電,另外500W全部損耗在了輸電線路上。這樣的損耗,是任何一家發電廠都不能接受的。

在19世紀,直流輸電電壓根本就不能很高,而交流輸電卻能上到很高的電壓,在較高的電壓情況下,高壓交流輸電相對低壓直流輸電線損肯定是更小的。從這一點上來說,當時交流電的商業價值遠超直流電。

而如果使用直流電,靠近發電廠的用戶能保證自己獲得110V的電壓,而遠離發電廠的用戶可能只有80V了,這將嚴重影響電器的使用效果和壽命。

那能不能把電壓提高一點呢?比如提高到140V,顯然也不行。把電壓提到140V后,在發電廠末端的用戶將可能獲得了110V的電壓,而靠近發電廠的用戶就要承擔140V的電壓,這個電壓超出了電器的額定電壓,同樣會損壞電器、降低其使用壽命。關鍵是直流電還用不了變壓器,它是交流電的產物。

最后,高壓輸電在故障時快速切斷故障電流,會產生一個很大的電弧,如果不及時把這個電弧切斷會嚴重破壞電力系統。交流電過了零點,電弧就會短暫熄滅,而直流電的斷路器卻做不到。

這些缺點導致直流電在100多年前幾乎毫無懸念地輸給了交流電,哪怕愛迪生試圖用電死大象和制作電椅的方法來恐嚇世人,也依然沒有挽回失敗的命運,反而讓自己染上了一生的污點。

那么,今天直流電對上交流電的勝算會不會大一點了呢?說實話依然很難贏,首先火力發電站和水力發電廠作為目前主要的發電技術,它們發出來的都是交流電,甚至連風電和核電也是交流電,現在也沒發現有直流電的報道。

直流發電風機的占比基本上可以忽略,主要因為接入電網必須是交流電,而直流發電風機就需要進行直流和交流的變換。光電目前發出來的電只有直流電,但是為了接入電網,它必須進行直流和交流的轉換,借用電力電子裝置和儲能裝置來進行,所以效率一直不高。

經過這么多年的發展,現在的交流發電機的容量已經很大了,火電的120MW超超臨界機組技術已經很成熟。而且火電和水電不僅擔負著發電的功能,還要為電網調峰調頻做出貢獻,而交流發電機可以控制發電的出力和功率等問題,比較好解決。

從發電全局來看,交流電的優勢和多年來逐漸成熟的技術是直流電無法超越的。

而在斷路器方面,雖然已經更新換代了很多次,技術可謂相當成熟了,但高壓直流斷路器依然是一個較難實現的東西。

說了這么多直流電的缺點,其實它也是有優點的,比如輸送相同功率時,直流電只需要2根導線,而交流電需要3根,這意味著直流高壓輸電的線路造價更低。

還有直流線路沒有感抗和容抗,也就沒有無功損耗,其電暈損耗和無線電干擾均比交流架空線路要小。其他優勢如能限制系統的短路電流,調節速度快,運行可靠等等。

那么為什么100多年前沒有發現這些優勢呢?這是因為當時的電子電路技術還不發達,根本克服不了直流電的關鍵問題,也發揮不了它的優勢。

但是上世紀50年代,整流器、逆變器的相繼問世,讓直流電重新回到了大眾的視野,各國開始嘗試利用新技術去克服直流電線損高的問題,取得了一定的成效。

當然這些進步只是讓直流電在一小部分領域內得到了應用,還不足以撼動交流電的地位。目前直流電的主要應用范圍還是遠距離高壓傳輸,我國特高壓技術出現以后,全國直流線路就增設了20條左右。

就現在的電力系統而言,高壓輸電是交直并存、相輔相成的狀況,而用電還是以交流電為主,未來的發展趨勢也很可能就是這樣了。

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