直流電比交流電更綠色

為啥說直流電節能 資料中心大部分電子元件都是由低壓直流電源驅動執行的，例如晶片，電阻器，電容器等等。然而我們堅持引入高壓單向和三向交流電源，經降壓器處理達到所需電壓。每次轉換都會導致電量消耗，即使是現今最好的轉換器最高轉換率通常也只有98％。想像一下電能從發電廠輸送到資料中心所經歷的過程，以及抵達資料中心之後在內部的流轉情況。首先，發電廠必須把電壓提高到適合輸送的程度。其次，到了變電站，要把電源還原到配電電壓。這個過程中可能涉及到變電站兩次電壓還原，之後電源抵達資料中心，以三向450V或者單向110／220／240V的方式供電。接下來，還要再進一步降壓至IT元件常用的12V，5V，3.3V和1.5V直流電壓。這裡顯示了電源經過四步轉換的直接路徑--或者說是總體效能約為92%的一個轉換路徑。 這還只是在效能高達98％情況下8％電源在轉換過程中就已經流失了。而現實中，情況比這個要糟糕得多。 直流電源支持者聲稱：與交流電源相比，資料中心的效率能夠提高30%以上;特別是，根據美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室2008年的調研報告顯示，直流配電系統“所使用的能源量較之當今的資料中心典型的交流配電系統要少28%。”這在當前所有的調研中都可能是真的，但平均而言，資料中心可能並沒有充分有效的使用他們的交流配電系統達到效率最大化。 資料中心的電源配送多數是單向交流電。每臺IT裝置內部都有一個主要轉換器滿足多變壓輸出。更多機載轉換器甚至能滿足特定元件對電壓的要求。不過，大型轉換器往往比這些小型轉換器更有效。所以這些迷你型轉換器可能只達到95％效能。如果是這種情況的話，涉及到6個轉換步驟，那麼將近四分之一的電能就在這個過程中流失了。 因此，在跨越儘可能多區域的地方使用直流電肯定是一個有效辦法。這可以避免在資料中心裝置上額外使用轉換器。但想知道這麼做究竟可不可行，我們需要考慮許多項因素。

使用直流電之前要消除的障礙 首先，在電力傳輸階段，直流電效率低下。根據物理定律，讓一定量的電力(以瓦特為單位)透過管線傳輸是電壓（以伏特為單位）乘以電流（以安培為單位）。使用高達數百，數千千伏特的高傳輸電壓來降低電流。這點很關鍵，因為電阻損耗跟電流有關。在電力高壓傳輸中，可以使用直流電或交流電，但目前主要使用的是交流電。想在傳輸階段消除傳輸損耗量目前不可行。這種情況在電力配送層面也一樣存在。把現有的交流電傳輸架構改為直流電方式不是件容易的事。仍需要用到高壓直流電，所以轉換過程仍然必不可少。提倡在資料中心match使用直流電的人士指出，在電信行業裡，他們的裝置一直使用的是直流電。但這是有原因的。因為整個行業都是以直流電供應型裝置發展建立起來的，老式電信裝置對於多向直流電壓沒有過多需求。因此，在這種裝置上的電力配送可以透過內置於裝置構造之中的轉換器實現，而大型銅製匯電板則負責高電流直流電的配送。而且，在上世紀八、九十年代，雖然油價浮動引起能源價格的波動，但主要產量仍是透過相對便宜和可用的煤炭資源實現的。能源效能不像現今這樣成為關注點。

配套成本增加 對於構建一個直流電驅動的資料中心，存在的最大問題就是配套的裝置並不是到處都有。雖然元件是直流電型，但廠商的重心在於滿足大眾市場需求，所以生產的裝置多數是交流電型。一些廠商也生產直流電型裝置，但是價格要高出許多。 想象一下，額外支出大筆經費在裝置上安裝直流電轉換器，直流電配電和管理系統，並使用伺服器，儲存器和網路系統，其結果是花了大價錢卻只是起到跟交流電一樣的功效，沒有任何意義。相比之下基於交流電的系統更為大眾所接受,也代表了更低價格的標準化。但是一份由綠色網格組織和某知名電氣公司共同出具的白皮書(資料中心交流和直流配電系統四項效率指標研究比較)聲稱，二者的真實差距是隻在0–1%的範圍內，遠遠低於其他研究結果。

小結 在資料中心到底應該採用交流還是直流供電一直備受爭議，實際在資料中心也是兩種供電方式都存在，一般的高階裝置也都支援兩種方式供電，在傳統的運營商網路有不少需要-48V直流供電的裝置，這樣就需要將交流電轉換為直流電，轉換的過程仍然必不可少。有些資料中心最開始就是以直流電供應型裝置發展建立起來的，這樣整體裝置供電只需要從電網做一次轉換，效率將變得很高。對於採用混合型的資料中心，既有交流裝置又有直流裝置，就需要有轉換的UPS裝置，這樣即便直流裝置能耗小，也浪費掉不少轉換的能量。所以交流與直流孰好孰壞，需要綜合來看。

有興趣的可以百度下，100年前特斯拉和愛迪生的交直流之爭。當然現在與一百前不同了，隨著大功率閘流體應用，直流輸電已經實現，但現時配電方面還是交流電佔絕對地位，從經濟性、可靠性、配套成熟方面考慮是直流電沒辦法比的。

直流電沒有交流電轉換方便，更無法實現遠距離傳輸，早在電被髮明的時候都知道直流電安全，就是因為傳輸問題以及轉換問題上沒有交流電有優勢，所以最後才採用了交流傳輸。在工業電力拖動上基本都是無刷的鼠籠非同步電動機，沒有電刷，維護方便結構簡單，像現在的無刷直流電動機都是後來的產物，很難應用於重工業，像小編說的這些用電器只是非常片面的。

現在更不可能改了，理由很簡單：尾大不掉。以前我們這裡滿大街IC卡電話的時候，日本公用電話還是磁卡的，我們都用VCD的時候，日本人還在看錄影帶，為什麼？就是因為人家普及的早，後來有更好的技術，但是存量裝置太大，沒辦法改了。還可以參照銀行磁條卡，以國家之力強制銀行配合，這都多少年了，還沒完全改過來呢。

這是必須的，畢竟交流電的缺點實在是太多了。並且，如今除了電動機，大部分的電器裝置都是先整流成直流電再使用的。而電動機也不是不能用直流電，滿大街的電動車用的都是電池裡的直流電啊。所以這是遲早的事。

交流電缺點一：三相負荷不均衡。事實上除非掛載的全是三相電動機，現實中根本沒辦法做到完全均衡，必須要引入零線對沖。

記得有一次我家那棟樓進來的零線斷了，結果有一個單元電壓太低燈都不亮，另一個單元勉強能用，我住的單元電壓超高，爆了一臺電視機、一臺電腦、一臺電扇。

不僅如此，由於在變壓器那頭的零線必須要接地，因此你不管在哪都是站在零線上，只要身體的任何一個部位接觸到火線就會觸電，十分危險。而直流電就沒必要接地了，只有同時接觸正負極才會觸電，安全多了。

交流電缺點二：儲備困難。由於電池只能儲存直流電，想要儲存交流電就必須加裝一個叫UPS的裝置。先整流成直流電存到電瓶，停電以後再逆變成交流電。不僅費錢，損耗也大。

交流電缺點三：上傳困難。交流電的特點是電流一會兒從火線往零線跑，一會兒反過來從零線往火線跑。根據我們國家的規定，每秒鐘要跑50個來回（頻率是50赫茲）。

如果你有電要上傳給電網，那麼你的電不僅要跟電網一樣每秒50個來回（頻率要一致），並且當電網的電往零線跑的時候，你的電也要往零線跑，不能搞反了（相位要一致）。難不難，你覺得呢？

而直流電的兩根線是明確的，只要你的也是直流電，並且電壓高於電網，接上就行了，無需什麼裝置也沒有損耗。

當然了，說起來容易做起來難。在超導體大規模應用之前，長距離輸電還得靠高壓才能減少損耗。直流電的升壓、降壓裝置，什麼時候才能媲美變壓器的效能和價格，是問題的關鍵。

在大容量輸電過程中，用直流好。在使用者側，直流電有幾個問題，一，電壓變化不如交流方便，雖然可以用電力電子裝置變化直流電壓，但是目前電力電子裝置價格、可靠性與成本依然不能與交流變壓器競爭；二，直流電在斷開時，拉弧嚴重，直流電源開關造價高，壽命低，尤其是電流較大時。

現代電子技術下，人類的電力系統是否應該改為直流電系統？

答：直流電輸送存在一些致命的問題，而且這些問題的處理需要付出較大的代價：

1、發電廠、變電所因為需要交直流換流裝置，造價比較高、故不經濟。

2、在直流電路中高次諧波問題比較嚴重，在交流電路中可以透過電容濾波來過濾掉這些高次諧波，但在直流電路中高次諧波以目前的技術來講處理起來是比較困難的。

3、不能傳送無功功率，電力系統構造的自由度比較低，每個末端使用者都需要配備無功功率電源。

4、可能引起電力系統同步振盪。

當然直流輸電線路也存在它自己的優點，比如：

1、線路的建設費用低，特別是電纜輸電更有利。

2、沒有穩定性問題，適合於長距離大功率輸電。

3、能非同步聯絡，能迅速控制潮流。

4、以直流聯絡，交流系統短路容量不增大。

所以在國內外直流輸電都是應用於超遠距離（超過500KM以上）輸電較為經濟，主要輸電線路較便宜，而兩端交直流換流裝置的投資比較高，國內的情況是長江三峽水電工程竣工後，將有百萬千瓦的電功率輸送到全國各地，在這種情況下即可選擇高壓直流輸送。

但題主講到採用500V的直流供電系統，以目前的技術無法克服直流輸電所帶來的問題，當然在電子技術不斷髮展的未來也許可以克服直流配電帶來的問題，實現低壓直流配電系統。

目前來看，電力系統應該至少有交流系統、直流系統和交直流混聯絡統。國家電網和南方電網都是交直流混聯絡統，其它的答案都說的是交直流混聯絡統的問題，不是直流系統的問題。

首先，我們常說的無功功率其實是不存在的，無功功率只是電壓和電流夾角匯出的一個方向乘積，是數學概念。因此，只有在交流系統中才會出現無功功率的問題，直流系統中不存在。

其次，交流系統升壓容易，變壓器就可以輕鬆實現。而直流系統升壓需要電力電子器件，目前升壓成本比較高。這是交流電系統的最主要優勢。

再次，電力系統安全穩定靠三道防線控制，交流系統中最快的繼電保護切除故障也要幾十毫秒。由於交流系統是慣性系統，這個級別的故障切除時間一般不會引發重大安全穩定事件。但是直流系統是無慣性系統，電網中大量電力電子裝置，幾十毫秒足夠引發裝置間的連鎖故障，嚴重威脅電網安全穩定。傳統的三道防線控制不適用與直流系統，改造面臨巨大技術風險和改造成本。

再次，目前電力系統模擬主要靠機電模擬，說白了就是大尺度模擬，步長是毫秒級。電力電子器件需要電磁模擬，模擬步長要遠小於pwm步長，有時需要納秒級。中國電科院模擬中心，南瑞集團系統保護實驗室，南方電網電科院等，都是電磁模擬環境。但是總體上說，目前模擬資源和模擬技術仍然受限。

再次，由於國內沒有實際的直流系統，目前所提的直流系統的問題只是理論上可能出現的問題，實際工程的話問題會更多。

因此，電力系統改為直流系統將面臨巨大的技術風險和無止境的成本投入，還不到架構直流系統的時機。

科普一下：

首先強調一下，直流系統沒有任何優勢！雖然直流有很多優點。

最大問題就是直流系統無法經濟快捷的改變電壓。無論是高壓輸電系統，還是民用系統上。

500kV直流輸電系統是點對點長距離輸電，只適合兩個大的不同步的交流電網的連線。主要原因就是直流系統改變電壓太麻煩，無法像交流系統可用變壓器形成不同電壓等級的複雜輸配電網路。

民用系統中，現在使用最廣泛是電子產品的5V電壓等級，但這電壓也是需要從220V交流變壓過來。如果用直流220V，改變電壓就是個麻煩事，需要整流成交流才能變壓。

這是是大型500kV變壓器

這是直流500kV換流站，需要增加很多矽整流裝置，這裝置發熱也厲害，而且變壓時變壓器也不能少。

首先強調一下，直流系統沒有任何優勢！雖然直流有很多優點。

最大問題就是直流系統無法經濟快捷的改變電壓。無論是高壓輸電系統，還是民用系統上。

500kV直流輸電系統是點對點長距離輸電，只適合兩個大的不同步的交流電網的連線。主要原因就是直流系統改變電壓太麻煩，無法像交流系統可用變壓器形成不同電壓等級的複雜輸配電網路。

民用系統中，現在使用最廣泛是電子產品的5V電壓等級，但這電壓也是需要從220V交流變壓過來。如果用直流220V，改變電壓就是個麻煩事，需要整流成交流才能變壓。

在以上的分享關於這個問題的解答都是個人的意見與建議，我希望我分享的這個問題的解答能夠幫助到大家。

交流有優勢，傳輸同等電量的情況下，電壓相同，直流線損略低，因為交流有功率因數，傳輸有功功率的同時要傳輸無功功率，電流比直流大，但交流電特高壓1100kv，直流最高750kv ，直流兩端要設換流站，交流兩側設變壓器，交流電熄弧比直流容易，電網故障直流電有反電勢容易引起過電壓擊穿換流站可控矽，且熄弧困難。交流電有集膚效應，所以傳輸大功率電流節約金屬材料，找個高壓線看看，每相都是組合導線，四根，六根圍成一圈中空的。直流電機要有碳刷，滑環，交流不需要，滑環要清潔，擦滑環很麻煩。不擦環火就燒滑環了。

看了你的描述，你不要提電力系統，就是對用電裝置，你也只是知道一點皮毛！

全中國乃至全世界，80%電能消耗在了那些利用交流電特性的用電裝置上！

現實是，把交流變成直流的成本很低，裝置很簡單，初中生都知道整流電路！而同樣功率的直流變交流，成本要上升幾百幾千倍！

同樣直流的升降壓，相較於交流變壓器，更是你難以理解的複雜昂貴！

遠距跨國的超壓直流輸電系統，他們在終點還不是要用昂貴的裝置乖乖變回交流，

所以，你的提法很不切實際，而且以後永遠也不會有，洗洗睡吧

首先要知道，電動機還是三相交流驅動最簡單，所以交流電很適合，遠距離輸電也是交流很簡單，可以用變壓器升高或降低電壓，需要直流電的時候變換也很簡單，相反，直流變交流就有點兒複雜了。