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风传媒
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观点投书：跨越三个世纪的电流大战
【文章时间】
江肇元 2020-01-04 05:40
【完整内文】
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牵涉到辐射与核能的议题，几乎没有理性讨论的空间。（资料照，12923 via pixabay）
相信许多人都同意“电流大战”是2019年在台湾上映的电影中，相当精彩、值得一看的作
品，不过就科普推广来说，好像还少了一点点。而虽然130多年后的今天，我们的生活可
以说是靠电力与相关的能源应用驱动着，但仔细观察会发现，原来这场战役，似乎还没落
幕，甚至还多了新战场。趁著新年到来、能源议题也跟着选战热闹起来的这时候，来一次
补完吧！
既然交流电系统被广泛使用了，为什么很多家电要强调“直流变频”
如果您看完电流大战后第一个想到的是这个问题，那么恭喜，您应该属于认真过生活的类
型。其实所谓的“直流变频”家电，代表的正是交流电在马达（电动机）驱动用途的好处
。
自尼古拉‧特斯拉于1887～1888年间演示了可实用的交流马达后，随着技术演进，愈来愈
多应用场合选择使用交流马达。和直流马达比起来，交流马达没有电枢与电刷间磨耗的问
题，且交流电正弦波和磁场旋转状态正确匹配的话可以达到很好的能源效率。“变频”就
是这个让交流电波形与磁场旋转匹配尽量最佳化的马达控制手段，透过不同的电压与频率
组合，可以让马达对于不同负载、不同转速等状况，都能有良好的运转效率。
标榜“直流变频”的家电，主要是将插座供应的交流电整流成直流电后，再由变频控制器
产生适当交流频率、电压以驱动马达，藉以提升能源效率；顺带一提，有些标榜“直流无
刷马达”的产品，其本体也是自带变频控制器的交流马达。值得注意是，“定频”并不代
表效率一定较差，而是最佳效率的转速、负载区间很小；空调可能随天气状况、室内人数
与活动等不同有不同的运转需求，洗衣机每次洗的衣服重量、水位也不尽相同，都适合使
用变频控制，而许多工业、大型建筑机电设备等等应用场合，因为负载、转速固定，还是
会使用定频运转的马达。
为什么捷运用直流电，但高铁用交流电
如果您会想到这边，那么相信您是对生活有着一定热情的朋友。目前的电气化铁路、轨道
运输系统将电力供应到列车上的方式，确实是交流、直流皆有使用。但在驱动车辆的那一
端几乎都会使用到直流电，早期较常使用直流串激式马达，随着马达制造与控制技术的进
步，目前大多也和“直流变频”家电一样，使用变压、变频控制的交流马达。
捷运、都会区轨道运输系统考量了运行特性，选择直接以直流供电；因为这类应用场合班
次、车站密集、站间行驶距离短，所以会频繁地加速、减速，列车本身的重量对于能源效
率会有很大的影响。采用直流供电，电力自电车线或第三轨接取后可以直接用于驱动列车
，省去在车上装配大型变压器与整流器的重量，对减轻车重、提升性能与能源效率非常有
帮助。而且因为车站密集，有较多道旁空间设置相关供电设备，所以选择较低电压的直流
电并不会造成太多额外的成本与耗损，目前台湾的捷运系统便是以750V直流电为主。
但车站间行驶距离较长的系统状况就不同了，如果要采用直流供电，需要建置更多的道旁
机电设备、花费更多成本甚至电力耗损，因此会选择在车上装设变压器与整流器，以高压
交流电供电。例如台铁、高铁使用的是25kV 60Hz的交流电，国外其他类似属性的铁路系
统也是如此。这和当年交流电系统胜出的原因是一样的——使用高压交流电传输电力，有
著耗损较低、设备较精简、易于维护供电品质等优点。
电动车快速充电为什么会用直流电
关注电动车发展的朋友应该也都有注意到，目前的充电系统对于快速充电需求提供的是直
流电。电池将能量在电能与化学能间转换，使用的一定是直流电，又电动车基于能源效率
考量，目前也多使用交流永磁马达，并搭配动能回充功能，也就是车辆减速时马达会变成
一台交流发电机（这点在现代的轨道车辆上也是），将动能回收利用。因此电动车上有整
流器将动能回收产升的电力转换为直流电，为电池充电。连接一般交流电充电插座时，也
是透过车上的整流器转为直流电后为电池充电，如此的设计除了可以兼顾动能回收需求外
，也让电动车可以方便地连接大多数建筑物提供的交流电源。
至于为了满足短时间快速充电的需求，势必需要以非常大的功率充电，如果电动车因此要
带着一个很大、很重的整流器跑来跑去，那么在一般道路行驶频繁加速、减速的过程中，
也是降低了能源效率。使用备有相关设备的快速充电桩提供大功率直流电，让车辆连接后
可以直接为电池充电是较简单的做法，这和捷运、都会区轨道运输使用直流电的原因相似
。
扳回一城，高压直流输电
随着电力输送网络的发展，大型直流输电系统又再次被受到重视，但差别是应用在跨越超
长距离（目前应用大都在五十公里以上）连接不同的电力网络，做为电力调度用，而不是
用于连接一般电力用户输配电用。
高压直流输电（high-voltage direct current, HVDC）以远高于现有交流电系统的电压
输送，其优势在于以更高的电压减少传输过程耗损、线路配置较三相交流电系统精简，同
时直流电不会有交流电的集肤效应（skin effect，指电流集中在导体表层的现象），能
有效提升线路的传输容量。这些特性使得高压直流输电系统在超长距离输电的应用场合有
较佳的成本效益，目前国际上已有多个应用范例，包含海底输电线路。
另外值得一提的是，在未来更多再生能源开发，还有随之而来的电池式储能、不同交流频
率规格的电力网络互连需求等应用场景下，也会是直流输电相关技术的发展空间。
新战场：绿能大战
看看130多年前的直流电与交流电之争，再看看今天全球各地对于核能、其他再生能源的
争议，会发现有种神奇的既视感。
在“电流大战”中，直流电阵营大肆宣扬交流电系统的电是邪恶的、危险的，交流电设备
开发过程发现的缺失也被过度放大、渲染。但其实电就是电，不论是交流电还是直流电，
适当使用可以让人们获得益处，不当地使用也将带来危险，何况交流电、直流电各有不同
的适用场合，是可以相辅相成的。
这三十多年来，核能也如当年交流电系统被冠上了许多污名，相关的问题、事件被过度放
大、渲染；甚至被某些政治意识形态塑造成威权的象征、被某些环保团体或开发业者塑造
成与其他再生能源对立，而缺乏理性讨论。
但其实核能与其他的再生能源、甚至是储能技术，在正确、合理的配置下都是对环境友善
的能源，也应该是如同交流电与直流电的合作关系；核能可以全天候稳定提供低碳电力，
利用大自然力量的再生能源可以提供多元化的洁净能源选择，而储能技术在一定程度上亦
是平衡电网尖离峰负载、弥补再生能源不稳定性的利器。
都二十一世纪了，结束这场闹剧吧
在交流电、直流电之争后的几十年里，人类了解到交流电与直流电各有长处，造就了今天
的发展。如果今天还有哪个人突然跳出来说“交流电是邪恶的”、“交流电会遗害下一代
”、“我们不应该用交流电”……，稍微有点物理与电学常识的人应该会觉得那个人脑袋
有问题。
我相信再过二、三十年后，人们回头看现在的争议，也会觉得是闹剧一场。以目前地球的
环境，接下来的时间相当关键，人们是否能诚实面对科学——包含低碳能源的迫切性、人
为二氧化碳排放对气候与环境影响的作用状况——会影响到我们自己和下一代未来生存的
环境。二十一世纪都已经过了快五分之一了，真的是时候结束这种闹剧了。
令人欣慰的是，在联合国气候变迁专门委员会(IPCC)、国际能源总署(IEA)之后，梵蒂冈
、欧洲议会、德国、澳洲、韩国等，也都陆续出现了一些应该合理使用核能帮助环境
永续发展的声音。台湾在很多方面都走在进步的前端，在能源与环境这一块，政府、政党
与政治人物，不论喜好与意识型态，也应该要有足够的高度，以全面、开放的视野看待，
才能持续维持领先地位。
＊作者为工程师，“以核养绿”公投志工
【转录连结】
https://www.storm.mg/article/2130777
【转录心得】
从前面一篇专栏文延伸来看，以“交流电”、“直流电”为比喻，大概可以隐约看出，对
于使用核能发电的相关攻防战短期内恐怕无法终止……
到底使用核能，会否造成人体健康上的危害，其实似乎很难一时说得清楚明了吧？