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改变全球能源未来的“直流输电”技术,究竟有多牛? mask

改变全球能源未来的“直流输电”技术

究竟有多牛?

2018.05.16 能源
本文看点
  • 爱迪生与特斯拉的“电流之争”以特斯拉主张的直流电的胜出告一段落
  • 在东芝意大利的电力输送工程中,通过直流输电,实现跨越海底400公里的电力供给
  • 随着科技的发展,直流输电技术可能改变全球能源的未来

“回顾历史,世界上第一个开发出输电系统的人,就是发明了白炽灯的托马斯·爱迪生。为了能够在欧洲大陆普及白炽灯,爱迪生着手于电网的修建,当时使用的就是直流输电。在此之后,尼古拉·特斯拉发明了交流传输技术,从而引发了直流和交流究竟哪种更适合电力输送的‘电流之争’。交流电可通过变压器自由调节电压,凭借这一优势,这场电流之争最终以特斯拉获胜收尾。”这段解说,来自东芝能源系统株式会社电力流通系统事业部的高木喜久雄。

东芝能源系统株式会社电力流通系统事业部  高木喜久雄

东芝能源系统株式会社电力流通系统事业部
高木喜久雄

“直流电”和“交流电”究竟如何区分?

大家都知道,电流一般分为“直流”和“交流”两种。直流电的电流方向、大小固定不变,而交流电则会随时间做周期性变化。但是,说到具体的应用以及细微之处的构造,了解的人一定不多。

例如,广泛应用于电器设备的干电池有“+”和“-”两个方向,如果把正负极安装反的话,干电池是不能提供电力的。这种现象,是由直流电的方向具有固定性导致的。我们生活中必不可少的智能手机使用的充电电池属于直流电。

而经由输电线路和配电线路送达到家庭的生活用电属于交流电。和干电池不同,插墙式电器使用的交流电不受“+”和“-”的方向限制,无论从哪个方向插上插头,都可以通电。

一般来说,发电站与用电场所均分隔两地为了能够将电力远距离输送,需要中途上调电压、为电力输送提供动力。在爱迪生时代,没有调节直流电电压的技术,后续发明的交流电,凭借使用变压器,轻松调节电压,以匹配相应电器的电压需求,因此得到了普及。

直流输电最适合远距离大容量输送电力,如今,随着科技的发展,半导体技术的应用使交流电转换为直流电成为可能,由此大大提高了电力的应用范围,电力输送领域的形势也发生了巨大变化。

那么,这种能够解决各地的能源问题,推动全世界范围内可再生能源普及的直流输电技术的真实面貌究竟如何呢?

直流输电技术能否改变全球能源未来?

在交流输电的情况下,输电设施只要通过变压器即可完成电力输送。但是,对于直流输电来说,除此之外,输电设施还须配备直流变交流、交流变直流的转换器。单从成本来看,交流输电似乎更具优势。

不过高木先生却更直观地介绍了直流输电蕴藏的优势:“由于交流电在输电时的电力损耗很大,如果想经由海底电缆进行长达50公里、100公里的长距离电力输送的话,交流电不适用。但是如果使用直流输电,即使是输送距离长达1000公里、2000公里也可以轻而易举地解决这种技术难题。”

也就是说,只要发电站和受电端双方均配备相应的设备,就可以大大地扩大电力输送的距离和范围。实际上,东芝利用这些特性,将高压直流输电(HVDC)技术应用在各种场景。下面,我们来举一个东芝负责的意大利工程的案例。

“由于某些原因,在意大利新建核电站比较困难,他们苦恼于如何确保稳定的大规模电源因此启动了一项电力输送工程,在意大利半岛的切帕加蒂和黑山共和国的科托尔之间,隔着亚得里亚海,铺设长达400公里的海底电缆,由黑山向意大利输送电力。” 东芝能源系统株式会社电力流通系统事业部的佐藤纯正先生介绍。

东芝能源系统株式会社电力流通系统事业部 佐藤纯正

东芝能源系统株式会社电力流通系统事业部
佐藤纯正

直流输电的应用,可以先将黑山发电站的交流电转换为直流电,再经由海底电缆向意大利的变电设备传送,随后再转换为交流电。由此,跨越海底400公里的可再生能源电力供给成为可能。这项投资,顺应了低碳化的时代发展趋势,有利于可再生能源的利用。这是一项需要历经数年的才能完成的大型工程,完工后将为意大利的电力事业带来巨大的变化。

在意大利—黑山之间铺设约400公里的海底电缆

在意大利—黑山之间铺设约400公里的海底电缆

变电站的建成效果图(CG)

变电站的建成效果图(CG)

如此一来,直流输电技术的普及,将能够进一步地解决全球能源危机问题。

当下,可再生能源的利用在日本北海道和九州等地区比较盛行,发电量已达到除了满足当地使用外还绰绰有余的程度。如果可以向东京和大阪等电量需求较大的都市圈进行远距离输送的话,这将会进一步促进可再生能源的利用。

现在,太阳能发电和风力发电都已经实现了直流电。利用直流输电技术,即使再远的距离,也可以成功地将这些电力输送到需求地,这对促进可再生能源的利用有着极大的贡献。虽然不能忽视建设成本的问题,但是我们可以继续利用已有的电网,采用只在重要地点灵活应用变换设备的方式。对直流输电和交流输电各取所长,追求最优化的状态,也许就是通向理想社会环境的途径。尽管把握投资和效益的平衡非常重要,但是,随着时代的发展,对于效益的评价和价值评判也会发生变化,更具前瞻性的社会基础设施投资将变得更加重要。

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