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特高压为啥还有直流?看看新时代交直流大战!从百度百科上查一下特高压的定义——“在我国,特高压是指±800千伏及以上的直流电和1000千伏及以上交流电的电压等级。”
等等?电力系统不是交流电嘛?为啥特高压还有±800千伏的直流?
要回答这个问题,我们就要回答一个更为基础的问题,为什么我们的电力系统主体是交流的?
这两个人决定了我们现在用电的方式其实,最开始我们的电力系统是直流电力系统(对,就是因为爱迪生),
但直流电有一个很大的麻烦,电压没法变。
我们上一篇文章里已经说过了,电想要远距离传输,
必须把电压提高,电流降低,
否则一来会有很高的损耗,二来传输功率也上不去。
而直流电的问题在于,以当时的技术,他的电压根本没法变~!
发电机发出来多少,就是多少,这导致当时的电能传输距离只有一公里左右。
超过一公里,就得再建一座发电厂。。
想象一下,发电厂像便利店一样遍地都是这谁受得了啊,于是一个叫特斯拉的塞尔维亚工程师开始研究并推广交流电。
交流电和直流电的最大区别就在于,他是一直正负交替变化的!(废话= =)
这有什么好呢?这就能做变压器了啊!
我们高中都学过电磁感应原理,变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。
由于交流电在一直不停的变化,他就可以产生一个一直不停变化的磁场。
而这个不停变化的磁场,就可以在另一个线圈里感应出另一个不停变化的电压,
我们把另一个线圈多绕几圈~这个感应出来的电压不就高了嘛~!
变压器的基本构造,看不懂也没关系,就知道是电生磁,磁生电,互相套娃就行了= =就这样,交流电可以轻易地被上升到几千伏,十几公里的传输根本不是问题,它也就取代了直流电,成为了电力系统的代名词。
然而,时代变了大人~!
当直流变压不是梦~直流电的NB之处就开始显现出来了~!
首先,这要感谢一个叫电力电子的技术的发展,
这个技术我没记错的话是本科三年级的课程,往深了说就超纲了~
这本书曾让多少人挂科= =我们就来简单说一下这个技术有多NB。
以前,我们只能顺着电,
发电机发出来交流电,你就用交流电,发出来直流电,你就用直流电,
但有了电力电子技术,我们就能让电顺着我们了,
你不是交流吗?duang~全桥整流一波,瞬间变直流~
你不是直流吗?duang~PWM逆变一波,瞬间变交流~
既然我们可以让电变来变去,那我们不就可以先用交流电把电压升高,
再用整流器把交流变成直流,这不就可以远距离的直流输电了嘛~?
恭喜你~你已经设计出了我们现在电力系统中特高压直流输电的基本框架。
那么直流电到底有啥好呢?
首先!便宜!
我们都知道,交流电一共有三相,那么传输就要有三条线,
但是直流不用啊~!直流就正极、负极。
那么一下子就少了一条线。
左边是直流输电,右边是交流输电而且,直流的电线也可以做的比交流更细,
因为交流电比较矫情,他在电线里流的时候只在电线的表面流,
电线中间是没有电流的,这就使得你为了传输足够大的电流,就得把电线造的特别粗,或者把好几根导线并到一起当成一条导线使,
直流电就比较随意了,整条导线他都可以走。
别看导线就细了点,少了点,拉好几千公里,这是笔不小的钱呢。
另外,直流输电的效率也更高,为啥特高压直流的标准是800kV而交流要1000kV呢?因为800kV的直流电就可以完成1000kV的交流电的输电任务,这又让他的价钱更便宜了。
除了便宜,直流还有一个好处,
直流电可以把不一样的两个电力系统连起来,
我上篇文章说了,国家电网提出了一个全球能源互联网的构想,
用电线把全世界连起来,
我们的征途,是星辰大海但是大家都知道美国的电是60Hz啊,我们的电则是50Hz,这怎么连啊?
简单~!我们先把50Hz的电变成直流,再把直流变成60Hz,不就连起来了吗~
这事日本已经做了,日本的关东地区用的是50Hz交流电,关西地区用的是60Hz交流电,
两个地区,只能靠直流相连…
一个国家还用两种,真麻烦= =除此之外,直流还有各种各样的好处,
比如直流电不产生磁场,输电过程基本不干扰通信,
直流线路可以相对自由的控制传输功率的大小,而且控制速度比交流快很多。
哇,直流这么好,那为啥我们电力系统不全都改成直流啊?
唉…直流好归好,但是也有问题啊~
这个问题归纳起来也有很多,我举两个比较简单易懂的例子吧~
第一。。贵。
哎哎哎!等会,你不是刚才还说便宜吗?怎么这会又贵了?
看官稍安勿躁,我说的便宜是电线便宜,输电便宜,占地面积小便宜,
但是直流的整流器逆变器贵啊~!
变压器经历了一百多年的发展,技术已经非常成熟了,造价可以很低,
但是大功率的整流器逆变器不一样,属于高科技产品,产能少,产量低,材料贵。
下面是一篇论文里的数据,计算了一个长70km,输电功率300MW的直流输电系统换流站和传输线的成本:
曾丹, 姚建国, 杨胜春, et al. 柔性直流输电不同电压等级的经济性比较[J]. 电力系统自动化, 2011(20):103-107.可以看到,电缆大概也就花4000万左右,换流站却要6个亿。
可见,如果你的输电距离很短的话,用直流系统往往得不偿失。
(说明一下,这里的直流输电是柔性直流输电,和特高压用的传统直流输电是不一样的,特高压的单位功率成本要稍微低一点,但依然很贵。。)
直流输电系统还有一个很致命的问题,
他没法开关。。。
电力系统在出故障的时候会有自动开关(断路器)立刻把故障的线路切断,保证其他没问题的线路可以正常运行。
但是直流线路没有这种开关…
不用断路器开断电路,一路火花带闪电如果出了问题,所有连在一起的直流线路必须全部切断。
想象一下,你家门口的电线短路了,然后整个城市或者整个省的电就全没了,多恐怖?
所以现在直流输电只能点对点的进行,很难扩展成电网。
当然,直流还有各种各样其他的问题,比如稳定性问题、保护整定问题等等等等,
但种东西就太专业了,大多数人知道也没啥用,大家只要知道直流输电很优秀,但是也有很大的局限性就可以了。(如果真的很感兴趣可以留言,我会尽量用最简单的语言把这些问题讲出来)
但是,大家仔细看看直流输电的缺点,归根到底是我们人类不够NB。
随着科技的发展,技术的进步,当这些问题都解决的时候,直流大部分情况下都是比交流更好的输电方式。