愛(ài)迪生的復(fù)仇：直流電崛起

　　1903年，為了保住直流電作為全美配電標(biāo)準(zhǔn)的地位，托馬斯?愛(ài)迪生(Thomas Edison)最后一搏，他導(dǎo)演了一出臭名昭著的事件以此在某種程度上證明交流電的危險(xiǎn)性，即：使用6600伏交流電，對(duì)一頭被認(rèn)為威脅人類的馬戲團(tuán)大象Topsy實(shí)施電刑。愛(ài)迪生的這一招純粹是為了散布恐慌(高壓直流電同樣危險(xiǎn))，但以失敗告終：我們今天的電網(wǎng)主要使用交流電。

　　然而在Topsy倒下的一個(gè)多世紀(jì)后，交流電的地位看上去越來(lái)越不穩(wěn)定了。由于各種各樣的數(shù)碼設(shè)備的耗電量日益增長(zhǎng)，直流電這次憑借自身的優(yōu)勢(shì)，又殺回來(lái)了。任何使用晶體管的設(shè)備都要靠直流電，即電流方向不變。這解釋了為什么臺(tái)式機(jī)、iPhone和平板電視機(jī)都必須配備轉(zhuǎn)換盒，轉(zhuǎn)換盒可將墻上插座孔中的交流電(電流方向每秒鐘改變120次)轉(zhuǎn)換為直流電。

　　托馬斯?愛(ài)迪生坐在一臺(tái)留聲機(jī)旁。這位發(fā)明家也是早期電力系統(tǒng)的先驅(qū)人物，曾大力倡導(dǎo)直流電。

　　直流電需求呈直線上升

　　根據(jù)匹茲堡大學(xué)(University of Pittsburgh)電力與能源倡議計(jì)劃的負(fù)責(zé)人格雷格?里德(Greg Reed)的說(shuō)法，現(xiàn)今這類數(shù)碼消費(fèi)設(shè)備的耗電量占到總耗電量的五分之一。他表示，直流電的需求量呈直線上升不只是因?yàn)殡娔X，還因?yàn)榘l(fā)光二級(jí)管(LED)和太陽(yáng)能板等設(shè)備的廣泛應(yīng)用。里德說(shuō)：“很肯定，在未來(lái)的20年內(nèi)，直流電的消耗將占據(jù)總電力負(fù)荷的50%。其增長(zhǎng)速度之快甚至超出我們的想象?！?他表示，隨著產(chǎn)生和使用直流電的設(shè)備的數(shù)量日益增加，將給節(jié)能帶來(lái)很大的機(jī)會(huì)。通過(guò)把直流電配送給直流設(shè)備，而非沿途轉(zhuǎn)換成交流電，就有可能避免每次電流轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的巨大能量損耗。

　　現(xiàn)在，一些重型電子設(shè)備廠正在開(kāi)發(fā)全直流的“微電網(wǎng)”(microgrid)向用戶輸電。以中國(guó)廈門(mén)大學(xué)于今年3月發(fā)布的直流微電網(wǎng)計(jì)劃為例，它是一個(gè)獨(dú)立電網(wǎng)，范圍覆蓋三座校園大樓，將150千瓦的屋頂太陽(yáng)能陣列與LED照明系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)服務(wù)器機(jī)房連接起來(lái)。

　　電動(dòng)汽車(chē)的普及也可能會(huì)使直流電變得更加重要：電動(dòng)汽車(chē)使用直流電充電，而且需要巨大的能量。科羅拉多大學(xué)波德分校(University of Colorado in Boulder)的電力電子學(xué)專家德拉甘?馬克西莫維奇(Dragan Maksimovic)估計(jì)，他的團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)能汽車(chē)充電器應(yīng)該可以使電池板產(chǎn)生的10%的能量損失降至2%。馬克西莫維奇正與電力變換器制造商Satcon合作，并且已從夏威夷可再生能源開(kāi)發(fā)公司(Hawaii Renewable Energy Development Venture)獲得了資金。該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃于今年春季在夏威夷拉奈島上的一個(gè)旅游勝地安裝太陽(yáng)能充電器。

　　直流電的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)力是管理互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心。大型計(jì)算機(jī)集群現(xiàn)在消耗的電力占全球電力的1.3%以上，這一數(shù)字還在快速增長(zhǎng)。輸入電源是交流電，需要轉(zhuǎn)換。一些公司正在安裝大型的集中轉(zhuǎn)換器然后通過(guò)服務(wù)器群配送380伏的直流電，而不是為每臺(tái)電腦配置電流轉(zhuǎn)換器。日本電信巨頭NTT在東京地區(qū)有四個(gè)采用直流電的數(shù)據(jù)中心，去年該公司在位于東京西南的厚木市(Atsugi City)建成了一個(gè)使用直流電的服務(wù)器中心，首次對(duì)外部客戶提供服務(wù)。

　　節(jié)能主要是通過(guò)采用效率更高的集中式逆變器，取代連接單個(gè)服務(wù)器上的交流-直流轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。NTT公司在東京的設(shè)備部門(mén)的高級(jí)研發(fā)工程師廣瀨圭一(Keiichi Hirose)表示，與傳統(tǒng)的交流電配置相比，轉(zhuǎn)換電流和取代電池備份系統(tǒng)中的交流-直流轉(zhuǎn)換器，可以減少15%的能耗。英特爾公司對(duì)美國(guó)的中型數(shù)據(jù)中心每年能節(jié)約的電量的估價(jià)高達(dá)120萬(wàn)美元，而在電價(jià)更高的歐洲和日本，這一數(shù)字應(yīng)該會(huì)高得多。

　　直流照明電路也在迎頭趕上。一家位于加利福尼亞州圣拉蒙(San Ramon)的企業(yè)Emerge Alliance支持在商用建筑里采用直流供電，該企業(yè)已經(jīng)制定了24伏直流天花板電路的標(biāo)準(zhǔn)，并表示LED吊燈采用直流線路比其內(nèi)部的交流-直流轉(zhuǎn)換要節(jié)省高達(dá)15%的電能。Emerge Alliance公司現(xiàn)在正致力于將直流電用于公司員工的臺(tái)式電腦，讓他們無(wú)須使用熱得發(fā)燙的轉(zhuǎn)換器，就能給電腦或手機(jī)接上電源。

　　EMerge Alliance公司使用太陽(yáng)能為辦公室供電，所以，更加節(jié)能的直流電成為它們的電路標(biāo)準(zhǔn)。

　　兩種截然不同的預(yù)測(cè)

　　這場(chǎng)抵制交流電、支持直流電的運(yùn)動(dòng)能像愛(ài)迪生曾經(jīng)希望的那樣，蔓延到建筑之外并擴(kuò)大到覆蓋周邊地區(qū)、城市的范圍嗎?很多電力專家對(duì)此表示懷疑。交流電仍然是電網(wǎng)中傳輸電力的標(biāo)準(zhǔn)，而且許多設(shè)備，例如電動(dòng)摩托，都使用交流電。馬克西莫維奇表示：“我認(rèn)為電力系統(tǒng)不會(huì)大規(guī)模地使用直流電?！?但其他人，比如里德，認(rèn)為直流電的接班是不可避免的。他提到，輸電線路在越來(lái)越多地采用直流電，因?yàn)楦邏褐绷麟?HVDC)更容易控制，而且比交流電輸電線路的能量損耗更少。長(zhǎng)距離輸電線路通常是開(kāi)發(fā)風(fēng)能與太陽(yáng)能等可再生資源的關(guān)鍵，這些資源所在地都遠(yuǎn)離電力緊缺的城市。

　　正如愛(ài)迪生曾經(jīng)猜想的一樣，在電力供應(yīng)鏈的源頭和終端擴(kuò)大直流電的分布比例，也為縮小直流電區(qū)域分布的差距創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，里德指出，要將高壓交流電轉(zhuǎn)換成120伏特的居民用電，造成的能量損耗要比同等的直流電系統(tǒng)高出大約5%。他說(shuō)：“如果在輸電路一端使用高壓直流電，在另一端使用普通直流電，就能夠在兩端間形成中壓直流電。”

　　里德預(yù)測(cè)，有了這樣的節(jié)能方式，用不了多久直流電就能實(shí)現(xiàn)從高壓線路到終端用戶的首次傳輸，尤其是在那些正在興建新電力基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展迅速的國(guó)家。他表示：“我認(rèn)為美國(guó)在10年內(nèi)，中國(guó)在3到5年內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。”