8月28日,《电力之战》在国内影院上映。
这场始于19世纪80年代的“电力大战”主角是爱迪生与特斯拉、威斯汀豪斯,其结果至今影响着世界。
“交直流”的博弈
《电力之战》讲述了天才发明家爱迪生及其助手英萨尔,与天才工程师特斯拉及其投资者威斯汀豪斯之间进行的商业大战。
爱迪生首先发明了“直流电”,并将其推广至商业领域。为争夺电力供应市场,商业大亨威斯汀豪斯则投下重金研究“交流电”,协同“后起之秀”特斯拉将高压交流电引入输电系统,与爱迪生展开了残酷商业竞争和巅峰对决。
红方
影片中的红方男一号,“发明大王”爱迪生,在1882年从改良的电灯泡出发,设计建成了第一个实用的照明直流电网,获得世界瞩目的同时却不知仍存难题。那个时候,低电压直流线路上的能量损耗很大,只有市中心的发电站周围1英里才能享用到电力,昂贵的价格使其注定无法得到普及。
(ps:直流是什么?直流电,电流方向不会随时间变化,好比打开的水龙头,“直”着正极流到负极,生活中常见的干电池、锂电池,采用的就是直流电。)
蓝方
大战的蓝方核心人物,28岁的天才尼古拉·特斯拉1884年来到爱迪生身边,却经历了一段相爱相杀的故事。于是“不懂美式幽默”(影片中爱迪生如此调侃)的特斯拉开始与“商业大亨”威斯汀豪斯合作建设交流电网。
(再多嘴解释一句:交流电,电流方向、大小都会随着时间变化,好比波浪起起伏伏,“交”替变化。生活中插座里的220伏电,就是1秒改变方向100次,“正弦波”状的交流电。)
他们建设的交流系统能更高效地利用蒸汽机、水轮机的能量,还可以把电力传输到更远的地方。特斯拉发明的异步电动机更使交流电在远方的工厂里人气大涨。
直流电和交流电的版图之争进入白热化。直至芝加哥世界博览会上交流照明方案取胜,尼亚加拉瀑布交流电站建成,在隆隆的水声和白茫茫的巨大水汽中,特斯拉代言的交流电成为阶段赢家,即将迎来崭新的光明未来。
斗转星移间,交流电网遍布世界各地,中国交流电网也逐步形成。
交流电网以其优异的生产和调压性能不断发展着。不过在长期的运行维护中,电力人也发现了交流电系统的一些棘手问题。随着电网上的发电机和线路越连越多,整个系统的控制难度也越来越大。就好比很多匹马共同拉着一辆车,不仅要速度一样(电压一致),还要步伐一致(频率、相位一致),才能跑的稳;而一匹马跑偏了,往往会带着其他马一起乱了阵脚。马越多,一起控制起来也越难。
“直流”的再度崛起
面对这些棘手问题,我们的男一号,爱迪生曾经主导的“直流”又重新回到了大家视野里。
通过直流电系统连接的两个交流系统不要求完全同步,就好比一列火车,只要速度一样就可以连在一起,车是送货还是送客,车厢里有没有人跑步都没有关系。这样就大大提高了整个系统的稳定性,尤其适合不同大区电网间的互联场景。
而且直流输电线路只需要正、负两相的两根导线,相比于交流的A、B、C三相的三根导线,价格便宜,占用空间还少。直流输电就好比是直达高铁,跑的越远,效益越高,跟我们国家的“西电东送”战略那是一拍即合!
于是乎,1987年,中国第一个高压直流输电工程,浙江第一条自行研制、施工、调试、运行的100千伏宁波-舟山直流输电工程联网试送电成功,解决了大陆向海岛输电的问题,促进了中国高压直流输电技术的成长。此后,不少特高压直流输电工程也相继投运。远方的清洁电力坐着特高压直流输电线路的“直达高铁列车”,源源不断地向我们输送而来。
特高压直流输电工程换流站
金华换流站开展高端换流变特殊试验
在浙江,电网企业还进一步研究并实用了直流输电技术的PRO版本——柔性直流输电技术。这项新技术有着更强的适应能力,更高的灵活性和弹性,让直流电的快速列车从点对点的直达到四通八达,甚至辅助交流电网运行,还具有环保性好,占地面积小的优点,能“应聘”太阳能等清洁能源并网、孤岛供电、大型城市供电等工作场景。
2014年,舟山五端柔性直流工程投运。作为世界上首个五端柔性直流工程,舟山工程填补了多项国内乃至世界的技术空白,为舟山海岛的快速发展提供了坚强电能的保障。
舟山多端柔性直流输电示范工程
舟山多端柔性直流输电示范工程阀厅
从高大上的“高压直流输电”回到日常生活中,虽然交流插座无处不在,但仔细观察就可以发现,现在的很多IT产品和家电是使用直流电的。手机、笔记本电脑有个适配器,就是为了把交流电转换成直流电。冰箱、洗衣机、空调为了有更好的性能,纷纷把变频直流电机当作卖点。连如今“特斯拉”牌的电动汽车,用的也是电池供应的直流电。
同时,太阳能、风能等清洁能源也渐渐走进我们的生活,这些可再生能源在并网前,有的天生就是直流电比如光伏发电,其他的发电形式也普遍有先转换成直流电的过程,再转换回交流电才能让电网更高效地利用。城市的大充电宝“储能电站”电池里,流动的还是直流电!
看到这里,可能有人会问,既然如此,如果省去交流转换的环节,直接从直流电源传输到直流负荷岂不是更高效?
对!直流配电网技术便这样应运而生。但这早已不再是影片中“爱迪生”年代的直流电网。
现在的直流配电网依靠依靠新技术、新方法,不仅能解决叫爱迪生头疼的电压难变换、故障难处理的问题,还能实现电网的灵活控制,完美应对直流源-网-荷-储之间的能量交互。
大江东直流配网系统现场试验
“交直流”的未来想象
说到这儿是不是觉得,新技术加持下的直流输电、配电、用电系统已经大有可为,甚至有赶超交流电系统的趋势呢?不过,谁能笑到最后还是不一定。
比如浙江,目前已建成以“两交两直”特高压电网为核心的骨干网架,在十四五规划期间还将有第三、四回特高压直流入浙。
直流异军突起,交流百年发展,技术、经济和需求才是检验它们的硬道理。目前“交流”和“直流”在世界最大的中国电网中各取所长,各司其职的模式已受到了各界的认同,就像巨轮只有依靠深水港才能平稳进出,道路只有连接起高速公路和乡间小道才能真正地“想去哪,就去哪!”也正如影片结尾爱迪生感慨着“围墙论”时,威斯汀豪斯说:“根本不盖围墙,院子就会变成两倍大!”
19世纪至今,电力系统已经经历了诞生之初的直流,种种原因下的交流胜出,直流技术的重新崛起……而当下的交直流之战也已不是纯粹的商战,更是为了能源互联网形态下的多元融合高弹性电网建设,进一步降低用电成本,提升效能,促使电网向更高的承载力,更好的互动性、自愈性发展的技术尝试与碰撞。让“交直流”一起为电网贡献更多安全高效的可能。
在知识爆炸的21世纪里,未来电力发展走向何方?留给我们的想象空间是无限的。而当它真正降临之时,相信我们也能像面对着新型白炽灯时的爱迪生那样,沉醉其中,并知道世界将会从此不同!