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直流供電優點多 百年後聲勢看漲

明緯企業集團研發協理簡鵬輝。

交流電與直流電力系統各有優缺點,不過,在過去一百年間,由於交流電的電壓升降轉換容易許多,因此電力系統的佈建多採用交流電。直到電力電子技術和半導體功率元件於近期出現長足進展,使得直流電壓轉換難度降低,相關應用也就逐漸增多,在我們的日常生活中,已經可以看到許多直流供電應用,如風扇、檯燈、照明、變頻冷氣、循環扇、乙太網路供電(PoE)等。

降低耗電及建置成本,市場期待高

一直以來多採用交流電,為何現在要推動直流供電?明緯企業集團研發協理簡鵬輝說明,交流輸電系統有其缺點,包括傳輸纜線成本高昂、不同電網無法連結、長距離線路電抗造成電壓上升,以及暫態穩定度差等。

至於直流系統的優勢則有電路簡單、可靠性高、效率高、體積小、成本低、傳輸距離較遠等。相較於交流系統,直流系統的效率至少可提升10%,且建置成本可減少15%。

值得強調的是,直流供電可以降低電力轉換的損失,進而達到省電目的。以美國公共輸電系統而言,傳輸過程約損耗5%的電力,損失高達200多億美元;相對而言,直流公共供電系統的電力損耗約可降低30%。此外,可儲存電能的特性,也成為直流系統在再生能源趨勢中備受期待的一大因素。

直流輸電系統,應用商機浮現

在大型直流輸電系統的建置方面,歐盟已於2014年推動的「2014十年電網開發計畫」、中國於2016推動新疆准東至安徽皖南的特高壓直流輸電系統等,這是兩個非常知名的例子,後者建造±1.1MV高壓直流系統,輸電量達12GW,輸電距離超過3千公里,較傳統50萬伏交流電僅能傳送600公里遠上許多,此工程合約由ABB獲得。特高壓直流輸電系統(UHVDC)指的是±800千伏及以上直流電壓等級的直流輸電系統。

以上這些大型直流電網的建置主要是由政府負責,除非是ABB這類大型電力系統公司,否則未必能分一杯羹,一般業者可以著力的部分是農林漁牧場域、植物工廠、資料中心的直流電供電商機等,尤其是獨立空間的直流供電照明系統的進入門檻及實現難度較低,市場機會較大。

對於直流供電市場的進展而言,規範及標準的制定進度是另一關鍵。整體來看,相關法規過去多是針對交流供電系統而訂,未考慮到直流供電的差異及要求,因此有時候沿用並不適合也影響市場推廣。近年一些有關的建築及照明法規已開始針對直流供電進行修改,例如歐洲及國際電信聯盟的通信電源要求400V、中國國標要求240V/336V並定義建築照明瓦數與電壓等。

此外,值得注意的趨勢還包括直流低壓開始往高壓走,如電動車快充等應用需要更大的功率,但不可能把電線無止盡加粗增加成本且配置困難,因此要把電壓提高。

直流供電和交流供電系統所採用的零組件有所不同,產業鏈組成更是有所差異,因此,直流供電若要進一步普及,必須仰賴產業鏈上下游業者一起合作,才能共同創造直流供電系統的市場商機。

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