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提起用電，幾乎所有人都知道，家庭使用220/380伏交流電壓。將電壓等級(jí)一步步抬升會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們正身處一個(gè)為交流電網(wǎng)所覆蓋的世界。雖說(shuō)高壓輸電網(wǎng)有交直流共存，但到了配用電環(huán)節(jié)，交流仍占據(jù)無(wú)可爭(zhēng)議的“統(tǒng)治地位”。
可是，我們身邊的很多電子產(chǎn)品，最終使用的卻是直流電，比如電腦、手機(jī)、電視機(jī)……設(shè)備通過(guò)電源適配器內(nèi)的電流轉(zhuǎn)換裝置，將交流轉(zhuǎn)成直流，實(shí)現(xiàn)正常使用。因歷史原因，交流用電格局已形成并固化，直流電難以全面進(jìn)入社會(huì)生產(chǎn)生活。但在當(dāng)下，電網(wǎng)行業(yè)已經(jīng)作出努力，嘗試推廣直流電。畢竟，少了電流轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，電力就更加節(jié)能環(huán)保。
在未來(lái)，直流配用電的應(yīng)用會(huì)更廣泛?jiǎn)?
8月，廣東電網(wǎng)公司成立了直流配用電研究中心，研究探索在配用電環(huán)節(jié)推廣直流電。
廣東電網(wǎng)公司三級(jí)技術(shù)專家曾杰，成為研究中心成員之一。他參與過(guò)多個(gè)直流配用電項(xiàng)目。從現(xiàn)狀看，直流配用電多用于示范項(xiàng)目，真正投入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的鳳毛麟角。畢竟，這是一個(gè)主要被交流所編織的龐大電網(wǎng)系統(tǒng)。
原因是歷史造成的。電網(wǎng)發(fā)展早期，特斯拉與愛(ài)迪生的交直流之爭(zhēng)，因輸電距離遠(yuǎn)近分出高下――推崇交流的特斯拉，戰(zhàn)勝了直流捍衛(wèi)者愛(ài)迪生。從此，交流架設(shè)的電力線路逐漸蔓延至世界電力的每個(gè)角落。
近來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，直流電在輸電距離上已足夠與交流分庭抗禮。我國(guó)開(kāi)創(chuàng)性地將直流輸電電壓等級(jí)提升至±800千伏的特高壓級(jí)別，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離大容量的西電東送。
去年9月，準(zhǔn)東―皖南±1100千伏特高壓直流輸電工程投運(yùn)，線路全長(zhǎng)達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的3324公里。今年7月，烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流示范工程提前實(shí)現(xiàn)階段性投產(chǎn)，柔性直流首次應(yīng)用至特高壓領(lǐng)域。
特高壓直流輸電技術(shù)已經(jīng)成為中國(guó)對(duì)外的一張名片，是世界上公認(rèn)的我國(guó)領(lǐng)先世界的技術(shù)。
從電力技術(shù)難度看，一般電壓等級(jí)越高，難度越大。因此，如果連特高壓等級(jí)都能應(yīng)用直流輸電，那么在低電壓等級(jí)的配用電環(huán)節(jié)，就更不應(yīng)存在技術(shù)上的難題。
“如果僅僅考慮純理論技術(shù)，直流配用電的應(yīng)用沒(méi)有難度。”東莞理工學(xué)院電力工程與智能化學(xué)院教授康麗也認(rèn)同這種觀點(diǎn)。
但是，考慮到配用電環(huán)節(jié)電網(wǎng)線路相較主電網(wǎng)更多，用電設(shè)備場(chǎng)景更多樣，曾杰認(rèn)為，將主電網(wǎng)技術(shù)移植過(guò)來(lái)，并不能解決所有問(wèn)題，還需根據(jù)具體情況作適當(dāng)調(diào)整，“理論可以完全照搬，具體應(yīng)用技術(shù)方面，要做些調(diào)整。”但不管怎么說(shuō)，技術(shù)難度不大。
他舉了個(gè)設(shè)備降噪的例子：主網(wǎng)建的換流站都在深山老林里，降低噪音裝個(gè)隔音墻就好，反正周邊也沒(méi)什么人，影響不大;但配用電就不一樣了，很多設(shè)備就在小區(qū)旁邊，對(duì)降噪要求特別高，必須采用其他手段。
直流配用電應(yīng)用最棘手的問(wèn)題，由電網(wǎng)行業(yè)的天然壟斷屬性造成：既然建成了交流電網(wǎng)，再去轉(zhuǎn)改用直流電，拋開(kāi)安全性不說(shuō)，光是成本投入就非常巨大。
“交流電網(wǎng)早就形成了一套完善成熟的體系，產(chǎn)業(yè)鏈上下游也都遵循這樣的體系，來(lái)建設(shè)電源、用電設(shè)備，很難打破了。”曾杰說(shuō)。
像家庭或是辦公場(chǎng)所很多用電設(shè)備，最終使用直流電，但限于交流電網(wǎng)，設(shè)備廠家在長(zhǎng)期的實(shí)踐中形成了制作換流設(shè)備的產(chǎn)業(yè)鏈。“電腦、手機(jī)都用直流電，所以它們的充電頭里邊就安裝著換流器件。”廣東電科院能源技術(shù)公司電力電子裝備事業(yè)部高級(jí)經(jīng)理陳銳說(shuō)，“假如換成直流電，就可以直接充了，省去了安裝換流器的成本。”
實(shí)際上，在一些示范項(xiàng)目中，已經(jīng)有直流配用電的全面嘗試。
位于深圳市大梅沙的深圳未來(lái)大廈項(xiàng)目，一期5000平米的面積采用了低壓直流配電技術(shù)，照明、空調(diào)、辦公等全部用電設(shè)備裝置實(shí)現(xiàn)直流化。設(shè)計(jì)方深圳市建筑科學(xué)研究院官方網(wǎng)站介紹，與傳統(tǒng)交流系統(tǒng)相比，裝機(jī)容量降低80%，系統(tǒng)能效提升10%―20%。
“最重要的是，用電器的直流電壓只有48伏，完全是人體可承受的范圍，非常安全。”深圳市建筑科學(xué)研究院直流建筑實(shí)驗(yàn)室副主任李雨桐稱。
中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心主任江億也曾撰文稱，變革建筑用能方式，建議驅(qū)動(dòng)方式由交流轉(zhuǎn)為直流，電力負(fù)載由剛性轉(zhuǎn)為柔性，這是電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)能源革命、實(shí)現(xiàn)新型用電模式的重要任務(wù)。
在東莞松山湖園區(qū)，設(shè)計(jì)的一套交直流混合運(yùn)行系統(tǒng)裝置，能夠?qū)?0千伏交流電轉(zhuǎn)變成380伏交流、±10千伏直流以及±375伏直流多種形態(tài)，供易事特工廠、東莞理工學(xué)院教學(xué)樓、安化數(shù)據(jù)中心等用戶不同交直流設(shè)備使用。
“直流型充電樁、光伏儲(chǔ)能、空調(diào)、電熱水器等等，都能接入直流電，極大降低了交直流轉(zhuǎn)換過(guò)程中的電力消耗。”廣東電網(wǎng)東莞供電局實(shí)驗(yàn)研究所專責(zé)何文志表示。
由于直流設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，產(chǎn)品需要“私人定制”。像供東莞理工學(xué)院教學(xué)樓的13臺(tái)直流空調(diào)，就是由格力公司特別供貨的。
供貨商?hào)|莞市晟世欣興格力貿(mào)易有限公司產(chǎn)品經(jīng)理何潤(rùn)華稱，雖然格力公司有設(shè)備生產(chǎn)線，但平時(shí)訂單太少，無(wú)法做到量產(chǎn)。而且生產(chǎn)直流設(shè)備難度較交流高，需要專業(yè)的技術(shù)人員，因此成本高得多。“但我們還是有意愿跟電力企業(yè)合作，投入直流設(shè)備的生產(chǎn)，這應(yīng)該是未來(lái)的大趨勢(shì)。”他說(shuō)。
這種大趨勢(shì)是與全球能源變化趨勢(shì)緊密相關(guān)的。國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)都會(huì)對(duì)未來(lái)能源電力發(fā)展趨勢(shì)作展望。從一些知名機(jī)構(gòu)展望報(bào)告的共性看，以光伏、風(fēng)電為主的可再生能源在未來(lái)大有可為。
光伏發(fā)出的電是直流電;風(fēng)電裝機(jī)未來(lái)向遠(yuǎn)海發(fā)展，采用柔性直流技術(shù)送出也成為業(yè)內(nèi)較為認(rèn)可的方向。兩大可再生能源都要用直流電，電網(wǎng)如果也是直流，那就完全不用考慮交直流轉(zhuǎn)化的問(wèn)題，對(duì)于能耗是極大節(jié)約。
江億還在撰文中指出，我國(guó)未來(lái)建筑年用電量將在2.5萬(wàn)億千瓦時(shí)以上，還將有2億輛充電式電動(dòng)小轎車，二者之和所消耗的電力將達(dá)到用電總量的35%以上。如果未來(lái)建筑全部成為帶有充電樁的柔性建筑，則可以吸納接近一半由風(fēng)電、光電所造成的發(fā)電側(cè)波動(dòng)，并有效解決用電變化導(dǎo)致的峰谷差變化。“光伏+直流+智能充電樁”的建筑供配電系統(tǒng)雖然增加了投資，但中低壓電網(wǎng)輸配電的容量降低到目前的四分之一以下，所對(duì)應(yīng)節(jié)省的投資一般也會(huì)超過(guò)建筑內(nèi)增加的投資。
“或許是未來(lái)的趨勢(shì)和方向，但還有很長(zhǎng)的路要走。直流配用電還是個(gè)新生兒，遠(yuǎn)沒(méi)到長(zhǎng)大成熟的年紀(jì)。”曾杰如此看待未來(lái)可能的交直流之爭(zhēng)：競(jìng)爭(zhēng)也是一種促進(jìn)。把兩者置身歷史的長(zhǎng)河中，它們共同推動(dòng)著電力行業(yè)螺旋式上升發(fā)展。
直流配用電技術(shù)是構(gòu)建安全、可靠、綠色、高效的智能電網(wǎng)的核心技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)直流型源、荷靈活接入和高效匹配，是能源生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
相比較交流配電系統(tǒng)，直流系統(tǒng)具有供電容量更大、供電半徑更長(zhǎng)、運(yùn)行效率更高、電能質(zhì)量問(wèn)題不突出，不存在無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題，可閉環(huán)運(yùn)行、可節(jié)省走廊資源25%―30%等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，直流配電系統(tǒng)也具有一定缺點(diǎn)：一是直流系統(tǒng)整體造價(jià)較高，主要體現(xiàn)在電力電子裝備成本;二是部分交流負(fù)荷及交流電源仍需經(jīng)變流器接入，無(wú)法進(jìn)行直流化改造，難以省去所有設(shè)備的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié);三是直流電火花更大，且難以滅弧，對(duì)絕緣破壞更嚴(yán)重;四是直流設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)工作量大;五是直流系統(tǒng)存在大量可控硅器件，導(dǎo)致過(guò)載能力低。
目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成了一系列直流配用電示范工程，但直流配電網(wǎng)設(shè)備缺乏相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)相關(guān)廠家在直流配電網(wǎng)的設(shè)備方面尚無(wú)成熟產(chǎn)品，僅在部分示范工程中得到應(yīng)用，相關(guān)功能和性能指標(biāo)有待實(shí)際工程的檢驗(yàn)。
