改變全球能(néng)源未來的“直流輸電”技術

“回顧曆史，世界上第一個開發(fā／fà)出輸電系統的人，就(jiù)是發(fā／fà)明了白熾燈的托馬斯·愛迪生(shēng)。爲了能(néng)夠在歐洲大陸普及白熾燈，愛迪生(shēng)着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)手于(yú)電網的修建，當時使用(yòng)的就(jiù)是直流輸電。在此之後(hòu)，尼古拉·特斯拉發(fā／fà)明了交流傳輸技術，從而(ér)引發(fā／fà)了直流和交流究竟哪種更适合電力輸送的‘電流之争’。交流電可(kě)通過(guò)變壓器自(zì)由調節電壓，憑借這一優勢，這場電流之争最終以特斯拉獲勝收尾。”這段解說，來自(zì)東芝能(néng)源系統株式會(huì)社電力流通系統事(shì)業部的高木喜久雄。

東芝能(néng)源系統株式會(huì)社電力流通系統事(shì)業部
高木喜久雄

“直流電”和“交流電”究竟如(rú)何區分？

大家(jiā)都知道，電流一般分爲“直流”和“交流”兩種。直流電的電流方向、大小固定不變，而(ér)交流電則會(huì)随時間做周期性變化。但是，說到具體的應用(yòng)以及細微之處的構造，了解的人一定不多。

例如(rú)，廣泛應用(yòng)于(yú)電器設備的幹電池有“+”和“－”兩個方向，如(rú)果把正負極安裝反的話，幹電池是不能(néng)提供電力的。這種現象，是由直流電的方向具有固定性導緻的。我們生(shēng)活中必不可(kě)少的智能(néng)手機使用(yòng)的充電電池屬于(yú)直流電。

而(ér)經由輸電線路和配電線路送達到家(jiā)庭的生(shēng)活用(yòng)電屬于(yú)交流電。和幹電池不同，插牆式電器使用(yòng)的交流電不受“+”和“－”的方向限制，無論從哪個方向插上插頭，都可(kě)以通電。

一般來說，發(fā／fà)電站與用(yòng)電場所(suǒ)均分隔兩地爲了能(néng)夠将電力遠距離輸送，需要(yào / yāo)中途上調電壓、爲電力輸送提供動力。在愛迪生(shēng)時代，沒有調節直流電電壓的技術，後(hòu)續發(fā／fà)明的交流電，憑借使用(yòng)變壓器，輕松調節電壓，以匹配相應電器的電壓需求，因此得(dé / de / děi)到了普及。

直流輸電最适合遠距離大容量輸送電力，如(rú)今，随着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)科技的發(fā／fà)展，半導體技術的應用(yòng)使交流電轉換爲直流電成爲可(kě)能(néng)，由此大大提高了電力的應用(yòng)範圍，電力輸送領域的形勢也發(fā／fà)生(shēng)了巨大變化。

那(nà)麽，這種能(néng)夠解決各地的能(néng)源問題，推動全世界範圍内可(kě)再生(shēng)能(néng)源普及的直流輸電技術的真實面貌究竟如(rú)何呢？

直流輸電技術能(néng)否改變全球能(néng)源未來？

在交流輸電的情況下(xià)，輸電設施隻要(yào / yāo)通過(guò)變壓器即可(kě)完成電力輸送。但是，對(duì)于(yú)直流輸電來說，除此之外，輸電設施還須配備直流變交流、交流變直流的轉換器。單從成本來看，交流輸電似乎更具優勢。

不過(guò)高木先生(shēng)卻更直觀地介紹了直流輸電蘊藏的優勢：“由于(yú)交流電在輸電時的電力損耗很大，如(rú)果想經由海底電纜進行(háng / xíng)長達50公裏(lǐ)、100公裏(lǐ)的長距離電力輸送的話，交流電不适用(yòng)。但是如(rú)果使用(yòng)直流輸電，即使是輸送距離長達1000公裏(lǐ)、2000公裏(lǐ)也可(kě)以輕而(ér)易舉地解決這種技術難題。”

也就(jiù)是說，隻要(yào / yāo)發(fā／fà)電站和受電端雙方均配備相應的設備，就(jiù)可(kě)以大大地擴大電力輸送的距離和範圍。實際上，東芝利用(yòng)這些特性，将高壓直流輸電（HVDC）技術應用(yòng)在各種場景。下(xià)面，我們來舉一個東芝負責的意大利工程的案例。

“由于(yú)某些原因，在意大利新建核電站比較困難，他們苦惱于(yú)如(rú)何确保穩定的大規模電源因此啓動了一項電力輸送工程，在意大利半島的切帕加蒂和黑山共和國的科托爾之間，隔着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)亞得(dé / de / děi)裏(lǐ)亞海，鋪設長達400公裏(lǐ)的海底電纜，由黑山向意大利輸送電力。” 東芝能(néng)源系統株式會(huì)社電力流通系統事(shì)業部的佐藤純正先生(shēng)介紹。

東芝能(néng)源系統株式會(huì)社電力流通系統事(shì)業部
佐藤純正

直流輸電的應用(yòng)，可(kě)以先将黑山發(fā／fà)電站的交流電轉換爲直流電，再經由海底電纜向意大利的變電設備傳送，随後(hòu)再轉換爲交流電。由此，跨越海底400公裏(lǐ)的可(kě)再生(shēng)能(néng)源電力供給成爲可(kě)能(néng)。這項投資，順應了低碳化的時代發(fā／fà)展趨勢，有利于(yú)可(kě)再生(shēng)能(néng)源的利用(yòng)。這是一項需要(yào / yāo)曆經數年(nián)的才能(néng)完成的大型工程，完工後(hòu)将爲意大利的電力事(shì)業帶來巨大的變化。

在意大利—黑山之間鋪設約400公裏(lǐ)的海底電纜

變電站的建成效果圖（CG）

如(rú)此一來，直流輸電技術的普及，将能(néng)夠進一步地解決全球能(néng)源危機問題。

當下(xià)，可(kě)再生(shēng)能(néng)源的利用(yòng)在日本北海道和九州等地區比較盛行(háng / xíng)，發(fā／fà)電量已達到除了滿足當地使用(yòng)外還綽綽有餘的程度。如(rú)果可(kě)以向東京和大阪等電量需求較大的都市圈進行(háng / xíng)遠距離輸送的話，這将會(huì)進一步促進可(kě)再生(shēng)能(néng)源的利用(yòng)。

現在，太陽能(néng)發(fā／fà)電和風力發(fā／fà)電都已經實現了直流電。利用(yòng)直流輸電技術，即使再遠的距離，也可(kě)以成功地将這些電力輸送到需求地，這對(duì)促進可(kě)再生(shēng)能(néng)源的利用(yòng)有着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)極大的貢獻。雖然不能(néng)忽視建設成本的問題，但是我們可(kě)以繼續利用(yòng)已有的電網，采用(yòng)隻在重要(yào / yāo)地點靈活應用(yòng)變換設備的方式。對(duì)直流輸電和交流輸電各取所(suǒ)長，追求最優化的狀态，也許就(jiù)是通向理想社會(huì)環境的途徑。盡管把握投資和效益的平衡非常重要(yào / yāo)，但是，随着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)時代的發(fā／fà)展，對(duì)于(yú)效益的評價和價值評判也會(huì)發(fā／fà)生(shēng)變化，更具前瞻性的社會(huì)基礎設施投資将變得(dé / de / děi)更加重要(yào / yāo)。