在追求更高能源效率的努力中，一场旧争端的新战线正在开启。
19世纪后期，两种相互竞争的电力系统在美国和大部分工业化世界争夺电力分配的主导地位。交流电 (AC) 和直流电 (DC) 都被用于为电机和灯泡等设备供电，但它们不可互换。
一场关于电网的争夺战从镀金时代的苹果和微软中浮出水面。托马斯·爱迪生发明了许多使用直流电的设备，并开发了第一个使用这种标准的输电系统。与此同时，乔治·威斯汀豪斯和几家欧洲公司推动了交流电的发展，他们利用尼古拉·特斯拉的发明将电流升至更高的电压，从而更容易使用更细更便宜的电线进行长距离输电。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻事业 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续刊登关于塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的报道。
这场竞争充满了激烈的对抗和宣传噱头——比如爱迪生电死一头大象来表明交流电是危险的——但交流电最终胜出，成为输电的标准，统治了一个多世纪。
现在出现了 EMerge 联盟，这是一个由机构和行业团体组成的联盟，他们认为直流电将卷土重来。由于如此多的便携式电子设备和大型电力用户（如数据中心）都使用直流电运行，因此该技术可以在满足日益增长的需求的同时降低能源消耗。
此外，随着更多可再生能源发电设备（如光伏和风力涡轮机）产生直流电并投入使用，直流电力系统可以更轻松地将其集成到电网中。“我们作为一个团队在问自己，‘如果我们正在产生直流电并且我们正在使用直流电，为什么我们要将其转换为交流电来移动几百英尺，甚至几英尺？’”EMerge 主席 Brian Patterson 说。
纠正浪费的“不匹配”
该小组正在为小型规模的直流电源制定标准，用于单个建筑物和特定应用（如照明）。Patterson 解释说，该联盟正在纠正“基于电力的公用事业系统与主要使用直流电的用户群之间的根本不匹配”。
虽然我们现在拥有在电网上输送直流电的技术，但大多数发电机产生交流电。然后将其升至更高的电压以克服输电线路中的电阻。电流通常每秒在正电压和负电压之间来回摆动 50 到 60 次，具体取决于国家/地区。
当电力到达用户时，它会被降压到更可用的水平。由于计算机、电视和手机都使用直流电运行，因此必须将电力从交流电整流为直流电，以便波动的电流变得平坦且“直接”。
这种转换并不总是高效的，会浪费 5% 到 20% 的能量作为热量。这就是为什么您的电脑电源适配器在充电时会变热。“您的笔记本电脑有点像它自己的纳米直流电网。如果您可以想象将其扩展到我们整个电力系统，您就可以看到类似于互联网形成方式的演变，”Patterson 说。
数据中心构成了在线世界的基础，并可能帮助直流电获得 traction。它们容纳了从几十个到数千个服务器，每个服务器都有自己的处理器、硬盘驱动器和内存。这些设施构成了主要企业的后端——不仅在科技领域，而且在咨询、金融行业和研究领域的公司也是如此。然而，它们是出了名的能源消耗大户。
例如，芝加哥的湖滨技术中心是世界上最大的数据中心之一。它由超过 100 兆瓦的电力供电，是该地区第二大能源消耗者，仅次于奥黑尔国际机场。根据劳伦斯伯克利国家实验室 (LBNL) 的一份报告，全美范围内，这些中心每年消耗 14.6 太瓦时的电力。
经济因素可能使直流电再次兴起
这些数据中心有一些特性，使其成为直流微电网的理想目标。由于服务器正常运行时间对企业来说意味着金钱，因此许多这些设施都由不间断电源 (UPS) 提供支持，UPS 是电池备用系统，可确保像 Google 这样的网站在断电期间保持在线状态。
电力研究院 (EPRI) 效率小组的项目经理 Brian Fortenbery 指出，在这种设置中存在一些明显的低效率。“让我们感兴趣的是，在数据中心领域，当他们进行这些转换时，他们喜欢使用的 UPS 会从 AC 转换为 DC 再转换为 AC，”他说，并补充说，来自备用电源的 AC 电力随后会在服务器内部转换回 DC，因为这就是它们内部运行的方式。
转换会产生热量，因此服务器机房需要非常耗能的冷却系统，所需的空调运行功率是服务器自身运行功率的两倍以上。“这实际上看起来有点傻，”他说。
EPRI 和 LBNL 于 2008 年启动了一项关于直流数据中心的试点研究。在他们的安装中，他们发现直流系统比交流数据中心效率高 6% 到 8%，能源消耗效率高 5% 到 7%。
Fortenbery 说，这些改进并不是直流供电服务器机房的唯一优势。还有其他变量将吸引公司采用这种模式。“可能推动市场的因素是以更少的资本支出、更小的占地面积和更高的效率增益来销售这些直流系统。最大的参与者，最大的驱动力，将是系统的可靠性，”他说，并解释说直流电源通常更稳定，并且消除转换损耗可以使电池寿命更长。
可再生能源将创造建筑领域的“普锐斯”
另一个驱动因素是可再生能源的普及。太阳能电池板产生直流电，必须将其转换为交流电，然后才能输送到家庭、办公室或电网。卡内基梅隆大学工程与公共政策博士生 Brinda Thomas 表示，对于致力于实现净零能耗建筑（即产生的能量与其消耗的能量一样多的建筑）或试图缩短太阳能投资回报期的公司来说，绕过交流电可以帮助从太阳中榨取更多能量。
她说，随着时间的推移，安装直流电源系统将会变得更便宜，并且她设想未来的建筑物将同时配备交流电和直流电源插座。
EMerge 的 Patterson 同意混合电力系统是未来，并表示他的团队正在制定“创建建筑领域的‘普锐斯’”的标准，编写关于电流如何路由、插头应如何设计以及如何使系统安全的规则。
这些都是重要的考虑因素，因为直流电的电压在设备运行时保持相当恒定，这与交流电不同，交流电的电压每秒会降至零数十次。这意味着如果您在直流电设备运行时拔下插头，电流可能会在空气中拉弧。这也可能导致金属部件腐蚀和点蚀。
“我们正在努力使规范和监管方面为直流电创造一个公平的竞争环境，”他解释道。
但根据 LBNL 教授和访问研究员 Karina Garbesi 的说法，除了输电线路之外，直流电在发展中国家也作为一种替代方案获得了发展。从交流电网向偏远地区供电非常昂贵，而且没有多大意义，因为其中一些地区可以建造风力涡轮机和太阳能发电场。
“一旦你开始进入整个场景，这种直接直流电就会变得越来越有吸引力，”她说。“最大的问题将是转型：你将如何从以交流电为中心的世界转变为以直流电为中心的世界？”
Patterson 说，随着建筑物进行直流供电改造，这项技术将以类似于互联网的方式传播，首先由大型公司推动，然后再普及到家庭，在家庭中，屋顶太阳能电池板为电动汽车充电。
经 Environment & Energy Publishing, LLC. 许可，转载自 Climatewire。www.eenews.net, 202-628-6500