中國儲能網(wǎng)訊：如今，直流（DC）微電網(wǎng)在當今數(shù)字網(wǎng)絡化、電氣化世界中具有許多優(yōu)勢。然而，其在交流電（AC）占主導地位的電網(wǎng)市場的接受方面面臨著挑戰(zhàn)。
關于電網(wǎng)使用交流電還是直流電的爭論可追溯到19世紀80年代，發(fā)明家托馬斯·愛迪生和科學家尼古拉·特斯拉為此爭執(zhí)不休。
這并不是說人們沒有應用直流電。全球范圍內的工業(yè)、建筑和運輸行業(yè)領域中使用的大部分的大功率電氣設備和機器均采用直流電源，而在家庭和辦公室中使用可以兼容直流電的數(shù)字設施和設備也是司空見慣的。
此外，風能、太陽能和其他形式的分布式能源都在生產、儲存和調度直流電。例如，美國軍方對可再生能源和直流微電網(wǎng)相結合帶來的好處特別感興趣。
日前，兩位業(yè)界領先的美國直流電力支持者就直流微電網(wǎng)有關問題、面臨的挑戰(zhàn)，以及如何克服這些問題進行了分析與探討。匹茲堡大學（PITT）斯旺森工程學院電氣和計算機工程教授Gregory Reed是該大學能源與能源中心電網(wǎng)研究所所長。Terence Hill則是美國被動式房屋研究所以及EMerge聯(lián)盟（EMerge Alliance）委員會的成員，EMerge聯(lián)盟是一個非營利的行業(yè)協(xié)會，致力于制定標準，并促進直流微電網(wǎng)和電力技術的商業(yè)化。
直流微電網(wǎng)的承諾
根據(jù)美國能源信息署（EIA）的數(shù)據(jù)，美國約有5％的電能在從電廠傳輸?shù)较M者的環(huán)節(jié)中流失。輸電和配電線路并不是完美的導體，因此隨著電能的傳播，其能量會有所損耗，并且能耗會隨著距離的增加而增加。電網(wǎng)能量損失的另一個主要來源是變壓器，因為它們將電壓降低到安全并且足以滿足消費者需求的水平。使用當?shù)仉娋W(wǎng)和直流微電網(wǎng)提供的電能可以顯著減少這些能耗。
此外，還有其他一些使用直流電源的原因。EMerge聯(lián)盟指出，目前固態(tài)DC-DC功率轉換器的效率約為95％。而一旦將新型寬帶隙半導體材料應用在電力設備中，其效率有望進一步提高。
采用DC-DC功率轉換器已經解決了在電力傳輸和分配期間如何升高和降低直流電壓的問題，這樣做將為遠程高壓直流輸電線路的發(fā)展鋪平道路。
為直流微電網(wǎng)的發(fā)展奠定基礎
EMerge聯(lián)盟正與多個團隊合作開發(fā)全球低壓直流標準，以及照明、電器和直流電表的直流標準。該項目的合作伙伴包括國際電工委員會、電氣和電子工程師協(xié)會和國家電氣制造商協(xié)會。Terence Hill表示，其早期計劃將建筑物內部的380伏直流電和48伏和24伏的直流電相結合，并包含USB 3.0標準。
“我發(fā)現(xiàn)有趣的是，現(xiàn)在大多數(shù)電氣設備（包括那些包含電子產品的設備）需要采用直流電。此外，太陽能發(fā)電和電池儲能都涉及直流電，這對我來說，將直流電與被動式房屋設計和建筑結合起來是有意義的。這將導致公用事業(yè)負荷大幅減少，同時最大限度地利用住宅太陽能發(fā)電?！盚ill說。
當今大多數(shù)電子產品都使用直流電
Hill說，如果按照被動式房屋原則和設計標準建造，美國房屋的供暖需求和制冷需求平均可分別減少90％和50％。為太陽能光伏發(fā)電最大化利用住宅空間將把最佳節(jié)能設計的愿景提升到一個新的水平。
他指出，除了減少內部電力負荷（由于電子設備數(shù)量的不斷增加和使用量的增加而上升）之外，住宅太陽能發(fā)電還可以為社區(qū)和更廣泛的直流微電網(wǎng)提供清潔能源。
他補充道，此外，這將為住宅直流電微電網(wǎng)和微電網(wǎng)網(wǎng)絡鋪平道路。剩余電力和網(wǎng)絡資源（如儲能容量）可以被匯總并用于提供當?shù)睾透笠?guī)模的電網(wǎng)服務。
直流納米和微電網(wǎng)測試、示范和商業(yè)設施正在全球范圍內運行。Hill表示，ABB、博世、西門子、施耐德、S＆S、ARDA Power、弗勞恩霍夫、杜克能源在推進直流電和微電網(wǎng)方面處于領先地位。他補充說，總體而言，發(fā)展中國家部署直流電方面將做出更多的努力。
直流電微電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)
“然而，直流電前沿技術的進展比人們預期的要慢。其比較突出的挑戰(zhàn)是缺乏足夠的資金來獲得有關直流電價值的信息，特別是在美國，在我看來似乎沒有動力成為像發(fā)展中國家開發(fā)直流電那樣的巨大市場。”Hill說。
“我讀到的一篇文章表明，目前全球有30億人沒有穩(wěn)定可靠的電能，其中13億人無電可用，7億人使用間歇性電力，10億人仍然在使用化石燃料。我知道歐洲和中國都在關注這一點，但顯然不是美國。”他補充道。
Gregory Reed表示，另一個問題是直流電缺乏行業(yè)標準，或者說是缺乏專有標準。Reed曾擔任Emerge聯(lián)盟首席科學顧問。他表示，鑒于直流電的復雜性、廣泛的應用范圍和涉及的市場參與者數(shù)量，制定標準必然是一個緩慢、漸進和艱苦的過程。
建立電壓標準是Emerge聯(lián)盟和其他組織正在努力解決的主要問題之一。例如，電力需求隨著發(fā)電機和跨越不同距離電網(wǎng)的電力而變化，然后再向下游供電給公共基礎設施、工業(yè)廠房、商業(yè)設施、辦公樓、商店、家庭等，而這些場合的電力需求也不同。
“通過采用直流電，其電力測量將與目前的測量有所不同。沒有標準確切地說明它是如何工作的。直流電模式下的消費準確度必須恰到好處，以便公用事業(yè)公司向客戶收取費用。這只是我們正在研究的問題之一?！盧eed說。
直流電源系統(tǒng)的電壓標準化問題具有更廣泛的意義?！爸绷麟姷姆绞饺绾闻c120V/60Hz交流電并行？它們的直流電壓是380V、24V、12V？可能沒有一個等效的標準。人們可能會得到幾個不同的數(shù)字，也許比采用直流電的照明電壓標準還要低?！盧eed解釋說。
缺乏經過認證的直流電源設備、家用和消費類設備以及缺乏訓練有素的經驗豐富的專業(yè)人員是直流電支持者正在努力解決的其他關鍵問題。
“如果說想建立一個全直流微電網(wǎng)或電力系統(tǒng)，人們將會發(fā)現(xiàn)，很難讓建筑師、電工和建設人員確定并參考指定如何完成工作的內容和標準。我們正在解決這些問題，但仍有許多工作要做?！盧eed說。
樂觀的前景
直流電技術的支持者仍然樂觀地認為，直流電最終會在電網(wǎng)和電力系統(tǒng)中與交流電展開競爭。他們強調直流電源系統(tǒng)在長距離傳輸電能時可以提供更高的能源效率和其他優(yōu)勢，以及具有推動可持續(xù)能源議程的潛力。
直流微電網(wǎng)和電力系統(tǒng)是匹茲堡大學（PITT）的能源和電網(wǎng)研究所參與的幾個具有里程碑意義的項目的核心。也許最值得注意的是，這包括匹茲堡計劃開發(fā)美國第一個全城微電網(wǎng)。
能源民主之路
Hill是Emerge聯(lián)盟成員，并且是美國被動房研究所的董事會成員，對直流電微電網(wǎng)和電力系統(tǒng)有著廣泛的見解。
“我對直流電寄予厚望，我正在盡我所能來推廣直流電和混合微電網(wǎng)這兩個概念?！彼f，“我還加入了高性能核心團體聯(lián)盟（HPCCC），我們一直在敦促參議院在能源法案中涉及直流電，這也許會在聽證會獲得表決。該法案中有一節(jié)涉及混合微電網(wǎng)，HPBCCC建議增加直流電。迄今為止，唯一公開發(fā)表的關于直流電的想法是Murkowski議會議長在最近關于波多黎各電網(wǎng)的一次聽證會上發(fā)表的聲明?！?
為了支持Hill的信念，Emerge聯(lián)盟正在開發(fā)被動式住房的直流電氣系統(tǒng)標準，其最終目標不亞于建筑部門的低碳化。被動式房屋的概念起源于德國，并已發(fā)展成為設計和建造房屋和其他建筑物的自愿性標準，這些建筑物使用最少量的能源，并具有最小的生態(tài)足跡。
“想象如下：一個城市/城鎮(zhèn)街區(qū)的所有住宅全部建成新的或改造后的公用設施，達到被動式住宅標準（加熱能耗減少90％，從目前的ICC標準減少50％），每個住宅都部署太陽能發(fā)電和儲能設施，以及直流基礎設施，這其中包括直流設備和住宅、可再生直流快速充電器、通過直流島嶼式微電網(wǎng)連接?！盚ill說。
“構建將能源生產商和消費者從住宅到當?shù)毓檬聵I(yè)，甚至州和地區(qū)電網(wǎng)層面的對等微電網(wǎng)網(wǎng)絡，可以為消除能源貧困、建立能源民主的路線圖，并確定布局鋪平道路，將會大大提高了電網(wǎng)安全性和彈性?！盚ill總結道。（中國儲能網(wǎng)獨家編譯，轉載請注明來源，違者必究）
