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電能是生產生活必不可少的能源。最初人們以直流方式輸電，但是這種方式不能滿足當時供電的需要，為此科學家發明了交流發電、輸電的方法。隨著時間的推移和電力系統的變化，交流電自身的局限暴露出來，人們又再一次把目光轉向直流電。

近日，中科院發布了《科技發展新態勢與面向2020年的戰略選擇》研究報告，報告中提出未來5至10年電網可能實現從交流向直流的重大變革。這種變革有著什么樣的時代背景?兩種模式究竟孰優孰劣?記者就此采訪了專家。

百年前愛迪生力挺直流電但交流電最終贏得市場

記者：李教授，據說早在100多年前的19世紀末，科學界就曾上演過一場“交直流之爭”?

李國杰：是的。1831年英國科學家法拉第發現了電磁感應現象，并在電磁感應的基礎上制出了第一臺發電機。英國科學家麥克斯韋則用數學方程將法拉第發現的電、磁關系準確表達出來。在麥克斯韋的成果上，德國科學家西門子發明了實用的交流發電機，而比利時工程師格拉姆發明了第一臺直流發電機。

不同的發電方式，為后來電能輸送的“交直流之爭”埋下了伏筆。圍繞“究竟應該使用交流輸電還是直流輸電”這個問題，科學家們的態度劃分為截然不同的兩派：美國發明家愛迪生、英國物理學家開爾文都極力主張采用直流輸電;而美國發明家威斯汀豪斯和英國物理學家費朗蒂則主張采用交流輸電。

記者：為什么科學界會有這種旗幟鮮明的爭論?

李國杰：產生“交直流之爭”的最根本原因主要有兩方面。

首先，這是一場利益之爭。1882年愛迪生電氣照明公司在倫敦建立了第一座發電站，安裝了3臺愛迪生研制的“巨漢”號直流發電機。而且，該公司還生產直流發電機、直流電動機等直流發、用電設備。非常明顯，如果廣泛使用直流輸電方式，那么愛迪生的公司將會獲得市場及巨大的財富利潤。因此，愛迪生反對交流輸電。

其次，這還是一場學術之爭。直流發電機、直流電動機構造相對簡單，直流電壓、電流、功率等電量也容易理解。而交流電是交變的電量，交流電壓、電流的瞬時值不是恒定的，由于愛迪生基本沒有接受過正規教育、缺乏理論知識，難以解決交流電涉及到的數學運算，阻礙了他對交流電的理解，所以他反對交流電。

記者：可是我們知道，最后在這場爭論中，依然是交流電勝出了，這其中有哪些必然的原因?

李國杰：雖然大發明家愛迪生力挺直流電，但是在技術不成熟的時代，直流電有著十分明顯的缺點，這最終造成了它的失利。

電工學知識告訴我們，輸電距離越遠則損耗越大、線路引起的電壓壓降也越大。1882年愛迪生在紐約珍珠街電站輸電線路全長只有1.5公里，這遠遠不能滿足實際的電力輸送需要。為了將電能送到更遠的地方，就需要升高電壓。由于當時發電機輸出電壓較低，直流輸電只有通過串聯發電機輸出電壓的方法將電壓升高，到了用電方也需要用串聯的方法使用，這些都構成了直流發電系統可靠性大大降低。

而另一方面，1883年，法國科學家戈拉爾和英國科學家吉布斯發明了實用價值的變壓器。1885年，美國科學家威斯汀豪斯制成現代實用性能的變壓器。變壓器將交流電進行升壓、降壓變換。交流變壓器的發明，使得交流輸電電壓更高、輸送距離更遠，這使交流輸電徹底勝出，交流電隨后在全世界范圍內被迅速推廣。

19世紀末，交流輸電地位的確立，成為電力系統大發展的起點。

百年間電力技術日新月異直流電優勢越來越明顯

記者：在今天用電環境下，交直流都各自擁有什么樣的優缺點呢?

李國杰：交流輸電優點是無需整流、逆變轉換，工程簡單。但遠距離交流輸電可能引起系統振蕩，由于不能對交流系統故障進行快速隔離，交流電網局部故障可能引起大面積交流系統崩潰。另外，交流輸電還存在以下不足：海底電纜采取交流輸電時由于電容效應需要進行無功補償;兩個不同頻率的交流電不能連接在一起;交流系統需要采取無功補償等措施以提高系統的穩定性。

而直流輸電優點則是直流輸電只需2根電纜，因此電纜成本省了1/3，對于500千伏輸電，超過300公里用直流輸電更加經濟。而且直流輸電還能有效地對電網故障進行隔離，防止故障擴散;2個不同頻率的交流系統可以通過背靠背直流相連接;采用直流電纜無需進行無功補償;同樣電壓等級，直流輸電能輸送更大功率，電纜損耗小。不過它的缺點是直流換流站(整流、逆變)故障將影響系統的運行，換流站造價高、占地面積大。

在我國電力系統處于交直流共同發展的階段，“西電東送、交直流混合運行”是目前我國電網的一大特點。

記者：時至今日，很多研究者認為，不遠的未來，直流電會東山再起，這是為什么呢?

李國杰：交流系統的日益發展與復雜化，使之不可避免地出現大面積停電的事故。如2003年北美大停電、2012年印度大停電等，對社會、經濟等影響非常之大。而與之相對的，大功率電力電子技術的發展與成熟使得直流輸電受到青睞，遠距離大功率輸送促