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是交流電傳輸損耗大,還是直流電損耗大?
是交流電傳輸損耗大,還是直流電損耗大?
?特高壓輸電作為我國國家電網、南方電網電力遠距離輸電的基礎設施,已經成為電力調度不可缺少的存在。截止目前為止,遠距離輸電線路組成的特高壓輸電線路,累計形成了15條交流輸電和13條直流輸電的龐大系統。
作為特高壓輸電線路與特高壓直流輸電線路,究竟誰的損耗大的問題,略知一二的我來回答提問者所問的問題。
特高壓輸電和柔性直流輸電,這兩項頂尖技術的話語權和國際標準,都被國家電網牢牢把握在手里邊。全球獨有,遙遙領先。憑一己之力,把全世界帶入特高壓直流輸電時代,完成國內西電東送,北電南輸變成現實。
作為直流輸電線路相對交流輸電線路成本對比,直流輸電線路成本更低。直流輸電線路的額定功率通常大于100MW,甚至一些在1000~3000MW。
目前主流的交流電路都是采用三相三線制發電機發電,通過升壓變壓器,將三相交流電升壓一定距離,再在目的地位置用降壓變壓器進行降壓,使其達到我國低壓配電線路的3×380和相電壓220V的標準,給千家萬戶使用。
而直流輸電線路存在正負極兩根導線傳輸,如果采用大地或者海水作為導體傳輸的話,只需要另外一根導線即可傳輸,因為積柔性直流輸電技術,解決了其自換相能力,有功無功快速、獨立調節能力,適應新能源接入、解決受端換相失敗問題。這樣讓直流輸電與交流輸電同樣功率時,直流輸電線路線材僅為交流輸電的2/3~1/3,節省了大量線路成本。
?直流輸電線路損耗更小。交流輸電來說,它在交流電路中存在感抗和容抗(指高壓電纜和大地之間會形成同軸電容),這些會引起線路中的無功損耗,另外交流電存在趨膚效應(導線橫截面積上的電流密度分布不均勻,我國為50Hz交流頻率,表面積的電流密度最大,靠近中心幾乎太?。┳屵h距離傳輸線路沒有真正意義上的傳輸電能,故它存在線損耗。而直流輸電線路,不存在趨膚效應,導線截面積利用率高。
雖然直流輸電線路的開始和結束都是交流電,但兩邊的交流升壓和降壓變壓器系統是不需要同步運行的。而交流輸電時必須同步運行;不然的話輸電線路兩邊會產生電流的相位差,所以它需要投入巨大的自動補償來加以調整,否則有可能在電力設備和線路中形成強大的循環電流;而采用直流輸電時,兩端雖然也要無功補償、交流濾波器、換流變壓器,但它中間環節只需要平波電抗器即可,不需要它們兩者之間的頻率是否一樣才行(非同步聯網輸電)。
?例如正在開展±500千伏/ 3000 MW柔性直流電網和混合式直流輸電工程建設,面臨柔性直流換流閥研制與可靠性提升,故障工況功率平衡控制,控制保護系統設計等技術挑戰。
知足常樂2022.2.17日晚于上海
誰的損耗大
當然是交流電損耗大。
由于電線有電阻,所以直流電在傳輸的過程中電線電阻會以發熱的形式消耗一部分電能。交流電在傳輸的過程中,除了電線電阻發熱需要消耗一部分電能以外。另外交流電在傳輸過程中會存在電抗、容抗及與大地形成的分布電容,所以也需要消耗一部分電能。由于容抗、阻抗、分布電容等作用消耗的電能,遠比導線自身電阻消耗的電能要多的多。
據相關資料統計,線路損耗功率大概占總功率的6%左右。所以單從輸電的角度來講,交流的比直流電損耗更大!
生活中為什么采用交流電
既然交流輸電損耗比直流多,而且除少數設備能直接使用交流電以外,大部分電子設備都使用直流電。那我們生活中大部分電為什么還是采用交流電呢?
首先,交流發電機結構簡單、成本低、效率高。直流發電機相比交流發電機而言,結構更復雜、成本高、效率低。
其次,交流電可以輕松通過變壓器把電壓升高和降低,而直流電升壓比較復雜、成本高、技術不夠成熟、效率低等。要想把直流電壓升高,直接通過變壓器是行不通的;一般都是先把直流變成高頻交流電,然后通過變壓器升壓,最后再整流輸出直流電。整個過程電能損耗更多。
總結
直流輸電雖然線路損耗比交流輸電低,但是在升壓降壓環節效率不如交流電、成本更高。所以我們目前生活用的都是交流電。但是隨著技術的發展,技術越來越成熟,相信將來某一天直流輸電會普及。
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