美國高壓直流電力技術測試通過 1,800 伏特標準

美國橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory，簡稱 ORNL）的研究人員最近開發出一種新的斷路器，其運行速度比傳統型號快幾百倍，為美國電網的安全和效率鋪平了道路。研究團隊表示，「ORNL 團隊開發的中壓斷路器能夠以更低的成本處理不斷增長的直流電（DC）電流。」這種設備能在少於 50 微秒的時間內中斷 1,400 伏的電流，這一速度對於保護下一代直流電力系統至關重要。

研究人員在新聞稿中指出，「到目前為止，半導體斷路器的價格過高，無法在經濟上與機械斷路器競爭，或者促進直流電網的擴大使用。」目前市場上沒有任何商用斷路器能夠處理超過 2,000 伏的直流電，且大多數斷路器的能力甚至不到這一數值。這一突破使得高功率直流電網的廣泛應用成為可能，ORNL 團隊已經通過將斷路器串聯來證明該技術可以擴展。

新聞稿中還補充道，「ORNL 研究人員設計了多種解決方案，並在一系列最多可達 1,800 伏測試容量的斷路器中進行了測試。」他們目前正在努力開發能夠處理未來能源需求所需的 10,000 伏系統，這些需求主要來自人工智能數據中心等應用。該團隊使用了一種名為晶閘管（thyristor）的廉價且堅固的半導體來構建這款斷路器。新聞稿解釋道，「晶閘管的價格足夠低，使得基於半導體的開關首次具備競爭力。」

儘管晶閘管具有優勢，但它們也存在一個關鍵限制：無法輕易關閉。ORNL 的工程師通過設計一個新穎的外部電路來強制停止電流，首次使這項技術具備經濟競爭力。「我們選擇了一種穩固、高效且廉價的基礎技術。」首席研究員 Prasad Kandula 如此表示。這一速度對於直流電力來說是顛覆性的。標準交流電（AC）因為其流動在每秒多次自然降至零，因此相對容易中斷，這為機械開關提供了安全的打開窗口；而直流電則始終朝一個方向流動。

Kandula 解釋道，「一旦轉向直流電，‘零電流’的時刻就消失了——沒有這個時刻，機械開關無法快速停止故障，從而在熱量積累並引發火災之前進行中斷。」新的半導體設計能立即將危險電流引導到其他地方，防止當機械斷路器在直流電線上失效時產生的爆炸性電弧。這一發展解鎖了直流電網的主要優勢。直流電在傳輸過程中效率更高，能減少能源損耗，進而降低電力成本。

此外，直流電也更適合支持現代來源如太陽能電池板和電池的多方向電力流動。這種增加的容量和安全性對於國家的未來至關重要。「開發這項技術有助於確保電網安全、可靠地運行，同時保證更多的能源可用，以支持我們日益增長的人口和經濟。」Kandula 如此總結。