位居全球領導地位的電力與自動化集團ABB于2012年11月7日正式宣布,在高壓直流斷路器(hybrid DC breaker) 研發領域獲得突破性進展。此一技術突破解決了電力工程領域的百年難題,為打造更高效可靠的直流電力供應系統開啟新頁。
回顧20世紀初的直流電與交流電之爭,愛迪生(Thomas Edison)與奇異電器(GE)所擁護的直流電系統在這場國際標準之戰下輸給了特斯拉(Nikola Tesla)與西屋公司(Westinghouse)所推崇的交流電系統。致使目前全球數十億人所熟悉并倚賴的電氣生活與公共電網都在交流電系統之下建構而成。既然人們與交流電系統安然共處了百年,何以現今又掀起直流電系統的議題,難道經過百年之后才發現直流電比交流電更適合人類社會?
從根本上看,交流電與直流電系統各有其優缺點,這并非是孰優孰劣的論爭,而是在新的時空背景之下,不同的生活型態與生活方式所帶來的新技術需求。首先,如何用更高效低損失的方式供應低碳電力以滿足逐年倍增的能源需求,是各國都需面對的問題。然而潔凈能源如太陽能、水力發電等,不是位于偏離都市的高山、沙漠,就是自家屋頂。遺憾的是,既有的交流電系統無法妥善解決遠距離傳輸的電力損失,而直流輸電技術是最佳解決之道。
其次,生活周遭有不少電力電子產品為直流電源驅動,如計算機、手機、LED燈、電池等,透過各自的電流轉換器與交流電插座連接。每一次的轉換過程都將產生電力的損失,就像關不緊的水龍頭一般。此外太陽能電池模塊產生的電也是直流電,在發電過程中每一分減少的電力損失,都可提升整體發電效益。因此,從ABB的觀點來看,未來是個直流電與交流電共存互補的世界,突破直流電的技術瓶頸自然是當務之急。
歷經數年的研究,每年研發投資逾10億美元,ABB開發出世界上第一臺「混合式」高壓直流斷路器。可在5毫秒內阻斷一座核電廠的輸出電流,速度之快相當于蜜蜂振翅一次;電流之大相當于100萬歐洲人的用電。更重要的技術突破在于結合機械與電力電子學的專業,透過結構設計與ABB自制的超大型IGBT,達成在最快速度下最小操作損失的電流阻斷過程。
ABB全球執行長Joe Hogan表示:「ABB移除了直流輸電網絡發展的百年障礙,為世界電力工程歷史寫下新的篇章。劃時代的技術突破將有助于打造未來直流電網,增強現有交流電網的輸電容量,平衡電力負載,實現跨國跨洲際的電網互聯與再生能源饋網。目前ABB已在確立新技術的先導專案細節。」
高壓直流輸電技術可實現水力電廠的遠距電力傳輸、離岸風電與太陽能并網,及不同地區之間點對點的互相連接。早在60年前,ABB便率先發展高壓直流輸電技術。期間陸續發表創新技術成果與專利,至今ABB仍是此領域的技術先驅與市場領導者。累積至今,ABB于全球承攬了70多個高壓直流專案,占全球總專案量的一半,傳輸電量總計超過60,000兆瓦,其中包含世界最長的地下與水下高壓直流輸電系統。延續過往的開發成果,ABB除持續發展混合式直流斷路器之外,同時建立了高壓直流電網模擬中心,為未來電網系統進行先期研究。