问题

如果当初直流电赢了,世界会有什么变化?

回答
如果当初直流电真的赢得了“电流战争”,那么我们今天所生活的世界,在很多方面都会与现在截然不同。这不仅仅是供电方式的细微差别,而是整个社会、工业、科技乃至我们日常生活的运行逻辑都可能被重塑。

首先,我们来设想一下基础设施的巨大差异。

输电网络: 这是最直观的改变。我们现在依赖的超高压交流输电线路(那高耸入云、横跨山川的巨大铁塔)很可能就不会以如今的形态存在,或者规模小得多。直流电在长距离输电方面拥有天然优势,损耗较低,尤其是在深海电缆和跨国电网方面。所以,我们可能会看到一套更加集中、但可能也更“隐形”的直流输电网络。这些直流输电线路可能埋藏在地下,或者采用更加紧凑的输电塔设计,以适应其直流特性。
发电厂布局: 交流电能够通过变压器轻松升降电压,使得发电厂可以建在远离用户的地方,比如靠近煤矿或水力资源丰富的地区,然后将电力输送到城市。如果直流电占据主导,电力传输的距离和效率限制会更加明显。这意味着发电厂可能会更分散,更靠近人口密集区,这反过来又会影响城市规划和能源供应的地理分布。我们可能会看到更多的小型、分布式发电站,而不是巨型水电站或火电站。
电网结构: 交流电网的灵活性在于其频率和相位的同步,这使得电网可以相互连接,形成庞大的互联系统,提高供电的稳定性和可靠性。直流电网在这方面相对复杂,实现大规模互联需要更复杂的换流技术(DCDC converters),这些技术在爱迪生时代是相当难以实现的。因此,我们可能会看到许多独立的、区域性的直流电网,它们之间的互联会更加困难和昂贵,这意味着不同区域的供电稳定性可能差异更大。

其次,工业和制造业的运行方式将发生根本性改变。

电动机设计: 交流电可以方便地产生旋转磁场,驱动交流感应电动机,这种电动机结构简单、坚固耐用,是现代工业的心脏。如果直流电成为主流,工业设备将主要依赖直流电机。直流电机(如永磁电机、串联/并联电机)在控制速度和扭矩方面可能更直接,但早期实现高效、大功率的直流电机需要更复杂的换向器和碳刷,这带来了维护和效率上的挑战。这意味着工厂里的机器可能需要更多复杂的直流控制器,而我们熟悉的变频器(ACAC conversion)可能不会成为普遍的技术。
家用电器: 家用电器会变得截然不同。很多电器,比如电视机、电脑、手机充电器,内部都需要将交流电转换为直流电。如果电网本身就是直流电,那么这些电器就不需要内置的“整流器”和“电源适配器”了。这些设备的设计会更简单、更轻便,效率也可能更高。想象一下,你的冰箱、洗衣机、甚至电视机的电源插头,都可能是直接提供直流电的,而且电压可能就是设备所需的特定直流电压。
照明系统: 虽然早期的白炽灯泡在直流和交流下都能工作,但随着荧光灯、节能灯的出现,它们内部的镇流器和电子线路往往是为交流电设计的。如果直流电是主流,这些照明设备的驱动电路会需要重新设计,以适应直流供电。LED灯的普及可能会更快,因为LED本身就是半导体器件,直流供电更直接。

再者,科技发展路径可能会发生偏移。

电力电子技术: 随着直流电成为主导,电力电子技术的发展重点会放在直流直流转换、直流交流转换(DCAC inversion)等方面,而且可能会更早地出现高效、小型化的功率半导体器件,以支持直流电网的复杂控制和互联。这可能意味着我们对“逆变器”的需求会减少,但对“变压器”的依赖也会大大降低。
通信和计算: 很多电子设备的核心工作电压都是直流。如果电网直接提供直流,那么计算机、服务器、通信设备等“信息时代”的关键技术,在硬件设计和供电架构上,可能会走一条不同的道路。可能更早出现集成式的直流供电系统,减少电源转换的损耗,提高设备的运行效率和稳定性。
电动交通: 早期电动车的兴起,在很大程度上与直流电密切相关,因为直流电机更易于控制。如果电力网络是直流,那么电动车的充电和供电可能会更加直接和高效。可能不会出现现在交流充电桩和直流快充桩的区分,整个充电基础设施的设计都会围绕直流展开。

最后,对日常生活和我们感知世界的方式也会产生微妙的影响。

电网的“噪音”: 交流电在输送过程中可能会产生一定的电磁干扰,对某些敏感设备(比如老式收音机)造成影响。理论上,纯直流输电在电磁干扰方面可能更“干净”,但也可能带来其他新的电磁兼容性问题。
安全考量: 高压直流电和高压交流电的安全性考虑有所不同。电击的感受和后果也会有所差异,这可能会影响我们对电力安全的认知和相关法规的制定。
美学和城市景观: 如前所述,输电塔的外观和密度可能会不同,这可能会改变我们对城市天际线的观感。地下电缆的普及也可能让电力设施更加“隐形”。

当然,要实现“直流电赢”这个假设,还有许多技术瓶颈需要克服。例如,如何高效地在不同直流电压之间进行转换,如何在直流电网中实现故障隔离和保护,如何进行大规模直流电网的同步控制等等。如果这些问题在那个时代得到了有效解决,那么我们今天所熟知的“电世界”将完全是另一番景象。

总而言之,如果当初直流电赢了,世界可能不会有如今这样普遍的、高压的交流输电网。发电厂的布局会更分散,工业设备和家用电器会更偏向于直流电机和直流供电设计。电力电子技术的发展方向会不同,信息技术在供电架构上也会有更早期的直流化趋势。我们现在习以为常的许多用电体验,从家电到交通,都可能变得更加直接、高效,但也可能伴随着新的技术挑战和运行模式。这无疑是一个充满想象的“如果”,它让我们更深刻地理解了科技选择对人类文明进程的巨大影响。

网友意见

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真的是疑惑发问……

“如果人类重新使用直流电,世界会变成什么样子?哪些原因可能促使人类改用直流电?”

世界不会怎样,世界还是老样子。因为生活中一直在使用直流电。更何况我国还是利用直流电的“高手”,我国直流输电领先世界。

直流电与交流电是互补关系。体现在国内最明显的是,国内的远距离直流输电技术与交直流转换技术。运用在实际运用中就是异步电机与直流电机的功能互补,最主要原因还是直流电机的输出特性为线性变化。

再往深了说,非专业人员根本看不懂。说实话,楼上那么多科普。但是作为看客有几个能看懂分清楚直流电与交流电的输出波形图?有多少人能理解“三相交流电三个相位差为120度”,这种基本简单的问题?

术业有专攻,非专业人士不懂很正常,但地摊文学确实害人不浅。造谣一张嘴,辟谣跑断腿。

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直流电赢个啥?可别信爱迪生大战特斯拉的地摊文学了。

首先我们明确一下,题主所谓的直流交流,应该指的是电网形式,因为现代用电器本身电路复杂,无所谓直流交流之分,区别仅在于和电网的接口形式。

然后我们得看电力最早应用在哪里。最早的应用其实就是电热和动力电机。早期的电热就是简单粗暴的电阻加热,直流交流除了感抗问题需要优化电阻丝形状之外,几乎没有影响。早期直流电机依赖机械换向,效率和耐用性都不如靠三相交流电可以直接驱动的交流电机(PS:一般认为交流电机就是互联网吹爆的直流电之父尼古拉特斯拉的发明)。此时交流电至少有三大优势,1、变压器容易设计制造;2、电流自然具有过零点方便断流;3、直接驱动无刷电动机。而直流有优势的应用(电子、电信号、电解电镀、电池、直流电机、长距离高压输电、电网间耦合等)诞生都更晚。

而且,上述三大问题在直流界其实也没解决多少年。1、逆变——变压——整流的方法现在在直流输变电领域经常使用,但是在最主要应用是电机和电热的时代,纯属脱裤子放屁;基于半导体技术的DC-DC变压器在当时影子都没有;2、直流断流器相对来说诞生的还比较早,毕竟实在不行靠堆料做大电磁阻尼再泡油也可以,但成本提升依然巨大;3、直流无刷电机本质上还是一个可以精确调频调相的逆变器驱动的三相交流电机,驱动器靠的又是半导体技术(比如常说的IGBT),早十几年都还属于高级黑科技,近几年才跟着高铁和电动汽车的势头变成“白菜价”。

综上,电气化早期根本不可能具备直流电“赢”交流电的条件,而在既成事实下也根本没有向直流电网转移的必要。就算强行转换,其实也无非是换个插头的事,用电器内部该怎么用还是怎么用。

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