在追求更高能源效率的努力中，一場舊爭端的新戰線正在開啟。
19世紀後期，兩種相互競爭的電力系統在美國和大部分工業化世界爭奪電力分配的主導地位。交流電 (AC) 和直流電 (DC) 都被用於為電機和燈泡等裝置供電，但它們不可互換。
一場關於電網的爭奪戰從鍍金時代的蘋果和微軟中浮出水面。托馬斯·愛迪生髮明瞭許多使用直流電的裝置，並開發了第一個使用這種標準的輸電系統。與此同時，喬治·威斯汀豪斯和幾家歐洲公司推動了交流電的發展，他們利用尼古拉·特斯拉的發明將電流升至更高的電壓，從而更容易使用更細更便宜的電線進行長距離輸電。
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這場競爭充滿了激烈的對抗和宣傳噱頭——比如愛迪生電死一頭大象來表明交流電是危險的——但交流電最終勝出，成為輸電的標準，統治了一個多世紀。
現在出現了 EMerge 聯盟，這是一個由機構和行業團體組成的聯盟，他們認為直流電將捲土重來。由於如此多的行動式電子裝置和大型電力使用者（如資料中心）都使用直流電執行，因此該技術可以在滿足日益增長的需求的同時降低能源消耗。
此外，隨著更多可再生能源發電裝置（如光伏和風力渦輪機）產生直流電並投入使用，直流電力系統可以更輕鬆地將其整合到電網中。“我們作為一個團隊在問自己，‘如果我們正在產生直流電並且我們正在使用直流電，為什麼我們要將其轉換為交流電來移動幾百英尺，甚至幾英尺？’”EMerge 主席 Brian Patterson 說。
糾正浪費的“不匹配”
該小組正在為小型規模的直流電源制定標準，用於單個建築物和特定應用（如照明）。Patterson 解釋說，該聯盟正在糾正“基於電力的公用事業系統與主要使用直流電的使用者群之間的根本不匹配”。
雖然我們現在擁有在電網上輸送直流電的技術，但大多數發電機產生交流電。然後將其升至更高的電壓以克服輸電線路中的電阻。電流通常每秒在正電壓和負電壓之間來回擺動 50 到 60 次，具體取決於國家/地區。
當電力到達使用者時，它會被降壓到更可用的水平。由於計算機、電視和手機都使用直流電執行，因此必須將電力從交流電整流為直流電，以便波動的電流變得平坦且“直接”。
這種轉換並不總是高效的，會浪費 5% 到 20% 的能量作為熱量。這就是為什麼您的電腦電源介面卡在充電時會變熱。“您的筆記型電腦有點像它自己的奈米直流電網。如果您可以想象將其擴充套件到我們整個電力系統，您就可以看到類似於網際網路形成方式的演變，”Patterson 說。
資料中心構成了線上世界的基礎，並可能幫助直流電獲得 traction。它們容納了從幾十個到數千個伺服器，每個伺服器都有自己的處理器、硬碟驅動器和記憶體。這些設施構成了主要企業的後端——不僅在科技領域，而且在諮詢、金融行業和研究領域的公司也是如此。然而，它們是出了名的能源消耗大戶。
例如，芝加哥的湖濱技術中心是世界上最大的資料中心之一。它由超過 100 兆瓦的電力供電，是該地區第二大能源消耗者，僅次於奧黑爾國際機場。根據勞倫斯伯克利國家實驗室 (LBNL) 的一份報告，全美範圍內，這些中心每年消耗 14.6 太瓦時的電力。
經濟因素可能使直流電再次興起
這些資料中心有一些特性，使其成為直流微電網的理想目標。由於伺服器正常執行時間對企業來說意味著金錢，因此許多這些設施都由不間斷電源 (UPS) 提供支援，UPS 是電池備用系統，可確保像 Google 這樣的網站在斷電期間保持線上狀態。
電力研究院 (EPRI) 效率小組的專案經理 Brian Fortenbery 指出，在這種設定中存在一些明顯的低效率。“讓我們感興趣的是，在資料中心領域，當他們進行這些轉換時，他們喜歡使用的 UPS 會從 AC 轉換為 DC 再轉換為 AC，”他說，並補充說，來自備用電源的 AC 電力隨後會在伺服器內部轉換回 DC，因為這就是它們內部執行的方式。
轉換會產生熱量，因此伺服器機房需要非常耗能的冷卻系統，所需的空調執行功率是伺服器自身執行功率的兩倍以上。“這實際上看起來有點傻，”他說。
EPRI 和 LBNL 於 2008 年啟動了一項關於直流資料中心的試點研究。在他們的安裝中，他們發現直流系統比交流資料中心效率高 6% 到 8%，能源消耗效率高 5% 到 7%。
Fortenbery 說，這些改進並不是直流供電伺服器機房的唯一優勢。還有其他變數將吸引公司採用這種模式。“可能推動市場的因素是以更少的資本支出、更小的佔地面積和更高的效率增益來銷售這些直流系統。最大的參與者，最大的驅動力，將是系統的可靠性，”他說，並解釋說直流電源通常更穩定，並且消除轉換損耗可以使電池壽命更長。
可再生能源將創造建築領域的“普銳斯”
另一個驅動因素是可再生能源的普及。太陽能電池板產生直流電，必須將其轉換為交流電，然後才能輸送到家庭、辦公室或電網。卡內基梅隆大學工程與公共政策博士生 Brinda Thomas 表示，對於致力於實現淨零能耗建築（即產生的能量與其消耗的能量一樣多的建築）或試圖縮短太陽能投資回報期的公司來說，繞過交流電可以幫助從太陽中榨取更多能量。
她說，隨著時間的推移，安裝直流電源系統將會變得更便宜，並且她設想未來的建築物將同時配備交流電和直流電源插座。
EMerge 的 Patterson 同意混合電力系統是未來，並表示他的團隊正在制定“建立建築領域的‘普銳斯’”的標準，編寫關於電流如何路由、插頭應如何設計以及如何使系統安全的規則。
這些都是重要的考慮因素，因為直流電的電壓在裝置執行時保持相當恆定，這與交流電不同，交流電的電壓每秒會降至零數十次。這意味著如果您在直流電裝置執行時拔下插頭，電流可能會在空氣中拉弧。這也可能導致金屬部件腐蝕和點蝕。
“我們正在努力使規範和監管方面為直流電創造一個公平的競爭環境，”他解釋道。
但根據 LBNL 教授和訪問研究員 Karina Garbesi 的說法，除了輸電線路之外，直流電在發展中國家也作為一種替代方案獲得了發展。從交流電網向偏遠地區供電非常昂貴，而且沒有多大意義，因為其中一些地區可以建造風力渦輪機和太陽能發電場。
“一旦你開始進入整個場景，這種直接直流電就會變得越來越有吸引力，”她說。“最大的問題將是轉型：你將如何從以交流電為中心的世界轉變為以直流電為中心的世界？”
Patterson 說，隨著建築物進行直流供電改造，這項技術將以類似於網際網路的方式傳播，首先由大型公司推動，然後再普及到家庭，在家庭中，屋頂太陽能電池板為電動汽車充電。
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