直流电的发展

直流电的发展

阮仕海

2012级软件学院7班

学号 12330272 摘要

电是人类的一大发明，而直流电从其产生便遭受了很大的挫折，最终在交流电的背后沉默了一百多年。不过随着21世纪能源危机的接近、新能源的发展以及高科技的兴起，直流电相对交流电的优势变得越来越明显，而直流电的发展也越来越吸引着人们的目光。一场被称为“直流电复仇”的革命正在演绎，直流电发展前景一片光明，极有可能夺回曾经失去的统治地位。当然，直流电的发展的背后还必须攻克许多重要的技术难关。

关键词

直流电；交流电；能源；变革；技术难关；应用；前景

引言

毋庸置疑，在过去的一百多年里，交流电占据了绝对的统治地位，而造成这一现象的初衷，只是因为当时对直流电应用的相关技术发展跟不上，相对而言，交流电应用则简单得多了。但是，科技的发展日新月异，进入21世纪，直流电方面的许多技术难关已经攻克，技术日趋成熟，而且直流电本身就具备了许多交流电无可比拟的优势，再加之当今人们对“节约资源，开发新能源”呼声不断，直流电便具备了天时、地利、人和的绝对优势，人类的关注焦点在转移，直流电正在回归。

1 直流电的过去和现状

1.1直流电的过去

在早期，工程师们主要致力于研究直流电，尤其到了18世纪，电的研究迅速发展起来。一百多年前，当托马斯•爱迪生发明电灯之后，直流电便是当时最主要的传输方式。1889年的巴黎世博会选择在晚上开幕，馆内馆外共有一千多

个弧光灯大放异彩，使用电压为60伏，亮度从几百烛光到10000烛光不等，爱迪生公司详尽演示了白炽灯生产的每个步骤和整个流程，从此电灯开始普及，电力产业开始起步，而且速度飞快。然而，在1893年的芝加哥世博会上，直流电一方是“世界发明大王”爱迪生和新组建的通用电气公司，交流电一方是初露头角的塞尔维亚移民科学家特斯拉和实力强大的威斯汀豪斯公司（即西屋电气的前身），两者竞争异常激烈，直流电也因此结束了一家独大的历史。

随着科学技术和工业生产发展的需要，社会对电力的需求也急剧增大。由于用户的电压不能太高，因此要输送一定的功率，就要加大电流（P=IU）。而电流愈大，输电线路发热就愈厉害，损失的功率就愈多，而且电流大，损失在输电导线上的电压也大，使用户得到的电压降低，离发电站愈远的用户，得到的电压也就愈低。为了减少输电线路中电能的损失，只能提高电压。在发电站将电压升高，到用户地区再把电压降下来，这样就能在低损耗的情况下，达到远距离送电的目的。而要改变电压，只有采用交流输电才行。直流输电的弊端，限制了电力的应用，促使人们探讨用交流输电的问题。

1903年，爱迪生为了能够保住直流电作为全美配电标准的地位，甚至导演了一场电刑事件，即使用6600伏交流电，对一头被认为威胁人类的马戏团大象实施电刑处死，以此散步恐慌来证明交流电的危险性。但事实证明了交流输电的优越性，爱迪生以失败告终，曾经风靡一时的爱迪生通用电气公司也被迫去掉了爱迪生的名字，改名为通用电气公司。从此，交流电开始了长达百年的统治。

而总观直流电衰落的原因，正如法克所说，“直流在一百多年前败给交流就是由于当时的技术条件所限，一是远程传输技术难点，二是当时半导体技术并未像目前一样发展，三是直流的灭弧问题没办法解决。”

20世纪50年代后，电力需

电网扩大，交流输电受到同步运行稳定性的限制，在一定条件下的技术经济比较结果表明，采用直流输电更为合理，且比交流输电有较好的经济效益和优越的运行特性，因而直流输电重新受到人们的重视。

附：电的发展史上的重要事件

1729年，英国的格雷在研究琥珀的电效应是否可传递给其他物体时发现导体和绝缘体的区别：金属可导电，丝绸不导电。

1733年，迪费发现绝缘起来的金属也可摩擦起电，得出所有物体都可摩擦起电的结论并且带相同电的物体互相排斥；带不同电的物体彼此吸引。

1745年，荷兰莱顿的穆申布鲁克发明了能保存电的莱顿瓶。

1747年，美国的富兰克林根据实验提出电荷守恒定律，并且定义了正电和负电的术语。

1776年，普里斯特利发现带电金属容器内表面没有电荷，猜测电力与万有引力有相似的规律。

1769年，鲁宾孙通过作用在一个小球上电力和重力平衡的实验，第一次直接测定了两个电荷相互作用力与距离二次方成反比。

1773年，卡文迪什推算出电力与距离的二次方成反比，他的这一实验是近代精确验证电力定律的雏形。

1785年，库仑设计了精巧的扭秤实验，直接测定了两个静止点电荷的相互作用力与它们之间的距离二次方成反比，与它们的电量乘积成正比。

1799年，伏打制造了第一个能产生持续电流的化学电池。

1820年，丹麦的自然哲学家奥斯特发现电流的磁效应。

1822年，塞贝克发现热电效应。电流磁效应的发现开拓了电学研究的新纪元。

1825年，斯特金发明电磁铁，为电的广泛应用创造了条件。

1831年，英国物理学家法拉第发现电磁感应现象。

1832年，法国人毕克西发明了手摇式直流电发电机，把电动势以直流电压形式输出。

1833年，高斯和韦伯制造了第一台简陋的单线电报。

1834年，楞次给出感应电流方向的描述，而诺埃曼概括了他们的结果给出感应电动势的数学公式；俄罗斯的雅可比试制出了由电磁铁构成的直流电动机。

1848年，基尔霍夫从能量的角度考查，橙清了电位差、电动势、电场强度等概念，使得欧姆理论与静电学概念协调起来。在此基础上，基尔霍夫解决了分支电路问题。

1866年，德国的西门子发明了可供实用的自励式直流发电机。

1869年，比利时的格拉姆制成了环形电枢，发明了环形电枢发电机。

19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦得到了电磁场的普遍方程组——麦克斯韦方程组。

1882年，美国的戈登制造出了输出功率447KW，高3米，重22吨的两相式巨型发电机。

1889年，西屋公司在俄勒冈州建设了发电厂，1892年成功地将15000伏电压送到了皮茨菲尔德。

1896年，洛伦兹提出电子论，将麦克斯韦方程组应用到微观领域，并把物质的电磁性质归结为原子中电子的效应；特斯拉的两相交流发电机在尼亚拉发电厂开始劳动营运，3750KW，5000V的交流电一直送到40公里外的布法罗市。

1897年，西屋公司制成了感应电动机，设立专业公司致力于电动机的普及。

19世纪末，实现了电能的远距离输送；电动机在生产和交通运输中得到广泛使用，从而极大地改变了工业生产的面貌。

1.2电力行业的现状

目前在全球范围内，直流电的市场份额还不足20%。

如今的电网通用为交流式，发电方式主要有火电发电、水力发电、太阳能发电、风力发电、核电、海水温差发电、地热发电、潮汐发电、波浪发电，而在接入电网之前，所有形式的电流都必须首先转换为交流电。大型的发电站主要还是交流发电，也有一些小型、轻型的直流发电方式。

以2011年中国的电力行业为例，全国全社会用电量46,928亿千瓦时，其中，第一产业用电量1015亿千瓦时，第二产业35,185亿千瓦时，第三产业5,082亿千瓦时；城乡居民生活5,646亿千瓦时，工业用电量34,633亿千瓦时，其中轻、重工业用电量分别为5,830亿千瓦时和28,803亿千瓦时。在电力生产上，水电发电量6,626亿千瓦时，占全部发电量的14.03%；火电发电量38,975亿千瓦时，占全国发电量的82.54%；核电、并网风电发电量分别为874亿千瓦时和732亿千瓦时，占全国发电量的比重分别比上年提高0.08和0.38个百分点。

五大发电集团2011年情况对比