[电力产业大转型]①输电距离越远直流越便宜…下一代是“电压型HVDC”

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现代电力系统以交流（AC）为基础发展而来。火电、水电、核电、风电等通过驱动涡轮机产生电力的发电机，都是基于旋转运动，产生极性（+、-）周期性变化的交流电。与此相比，太阳能发电则产生电压和电流方向恒定的直流（DC）电。

在19世纪末尼古拉·特斯拉与托马斯·爱迪生之间的“电流大战”（Current War）中，特斯拉的交流系统取得了胜利。交流电利用变压器改变电压更为容易，通过升压可以将电力输送到遥远地区。

当时直流系统难以变压，还必须把已经生产出的交流电转换为直流电，过程十分繁琐。如果难以进行长距离输电，就必须在各处建设发电机，从经济性角度看，交流电更具优势。另一方面，爱迪生则通过发明以直流为基础的家用电器，推动了人类文明的发展。

然而进入21世纪后，太阳能、能源储存装置（ESS）、燃料电池等无需驱动涡轮机、直接生产直流电的发电站相继出现。随着电力半导体技术的发展，直流电的变压也变得容易，高压输电成为可能。数据中心、电动汽车充电站等领域对直流基础电力的需求也以极快速度增长，对直流输电系统的需求随之水涨船高。

特别是最近以直流方式发电的可再生能源大幅增加，超高压直流输电（HVDC）的应用正迅速扩大。HVDC输电效率高，非常适合在远离用电负荷中心的地区生产电力的可再生能源项目。

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HVDC需要在两端分别安装将交流变为直流、再将直流变为交流的转换设备，初始投资成本难免偏高。但由于电力损耗较小，当输电距离超过一定水平后，所需投资反而会低于超高压交流输电（HVAC），出现“成本反转”现象。

HVAC的输电距离越远，电力损耗就越大。在相同电压条件下，HVAC的输电损耗比HVDC高出约25%。由于交流电的特性，在地下敷设时电缆的电容（储存电能的能力）增大，能够实际输送电力的传输能力大幅下降。为抑制这一现象，必须额外安装无功补偿设备，因此在电缆入地时投资成本会急剧攀升。

一般认为，对于架空（空中）输电线路，在数百公里区间，地下（地下敷设）或海底输电线路在数十公里区间，HVDC就会比HVAC更为经济。HVDC由于不存在频率问题，在电磁波争议方面也相对“无负担”，这一点同样被视为优势。

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HVDC按照控制方式可分为电流型和电压型。

电流型采用晶闸管（Thyristor）半导体，电压型则采用绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）半导体。电流型HVDC技术相对成熟，但存在难以实现双向输电的缺点。

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电压型HVDC则具备可双向传输、电站占地面积较小等优点，但仍处于技术成型阶段，价格较为昂贵。预计在海上风电场并网、跨国输电等领域，可灵活控制的电压型HVDC的应用将会不断扩大。

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