直流供电系统
直流供电系统由整流设备、蓄电池组和直流配电设备组成。直流供电系统向各种通信设备提供不间断直流电源。
一、直流供电方式
1、集中供电方式
2、分散供电方式
二、高步开关电源
开关电源，广义上是具有交、直配电模块、监控模块、整流模块等组成的直流供电系统。本节着重介绍高频开关整流器。
1、高频开关整流器的结构与框图
高频开关整流器的结构框图如图4-7所示。电路原理图包括主电路、控制电路、监控电路及辅助电源。
主电路由交流电源输入滤波、整流滤波、功率因数校正、DC/DC功率变换、滤波输出等单元电路组成。控制电路包含PWM脉冲信号和SPWM脉冲调制电路。而监控电路又包含有监控单元、通信接口和显示卡等部分。
主电路从交流电网输入直流输出的全过程，包括：
（1）交流输入滤波：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂音反馈到公共电网。
（2）预整流桥：将电网的单相或三相交流电变为直流电，并向功率因数修正的主电路提供稳定的直流电源。几乎所有整流模块的预整流电路都采用桥式硅整流电路。
（3）功率因数校正：没有设置功率因数校正电路的高频整流模块，功率因数只有0.65 ~0.8，为了减小无功损耗，必须用校正电路提升功率因数。
（4）DC/DC变换电路：这部分电路由功率变换和高频整流两部分组成，用于将高压直流电源变换成符合通信电源要求的直流电源（标称电压为-48V或-24V）。
（5）滤波输出：这部分电路是高频整流模块和负载的界面，称为输出端口，包含单相全波整流及输出纹波电流滤波和抗电磁场干扰等部分电路。
2、高频开关整流器的特点
（1）重量轻，体积小
采用高频技术，在输出同等功率情况下，是相控电源体积的1/10。- o# \9 B5 \7 r) f$ X
（2）功率因数高
相控整流器的功率因数随可控硅导通角的变化而变化，一般在全导通时接近0.7 ,而小负载时仅0.3左右。经校正的开关整流器功率因可达在0.93以上，并基本不受负载变化的影响（对20%以上负载）。
（3）可闻噪声低
相控整流器由于工频变压器及滤波电感工作时产生的可闻噪声较大，一般大60dB,而开关整流器在无风扇的情况下仅为45dB左右。
（4）效率高
开关整流器采用的功率器件功耗较小，带功率因数补偿的其整机效率可达88% 以上，较好的可做到91% 以上。
（5）冲击电流小
开机冲击电流可限制在额定输入电流的水平。
（6）模块式结构
由于体积小、重量轻，可设计为模块式结构，目前一个2M高的19英寸机架容量可达 48V/1000A以上, 输出功率约60KW 。
3、高频开关整流器的基本分类
依据输入交流电源类型，高频开关整流器有单相和三相之分。
4、开关电源参数设置
住宅直流供电2
国誉寿都亚上市用于店铺陈列架等的LED照明，利用12V直流驱动
国誉寿都亚上市用于店铺陈列架等的LED照明，利用12V直流驱动
日本国誉寿都亚（KOKUYO Store Creation）宣布，将于2009年7月1日上市利用12V直流（DC）驱动的商品陈列架用LED照明系统。此次上市的LED照明系统以LED照明器具“LED Stick Light”为主，由安装在商品陈列架上的DC12V直流供电系统“SE-RAIL”以及将交流（AC）100V电源转换为DC12V的AC适配器等构成。
LED Stick Light与原来的荧光灯照明相比，耗电量可削减50％左右，还确保了约5倍以上的寿命。例如，宽度为900mm的陈列架（W900）用产品，耗电量为13W，寿命为4万小时以上。而W900用普通荧光灯的耗电量为23W，寿命为5000～8000小时。
LED Stick Light备有3种光源色（昼光色ND、昼光色EN及灯泡色EL）和3种长度（W600用、W900用及W1200用）。LED Stick Light的价格方面，W600用为9765日元，W900用为1万3335日元，W1200用为1万6800日元。该公司的目标是，09年度使销售额达到1亿日元。
采用树脂成型的SE-RAIL为LED照明供电。SE-RAIL能垂直固定在陈列架里面的柱子上，可为LED照明提供利用AC适配器转换为直流的12V电力。SE-RAIL可供应最大15A的电流。
国誉寿都亚曾于08年8月上市可驱动LED照明器具及电子显示广告设备等的直流供电系统“E-RAIL”（参阅本站报道）。此次通过追加LED照明，该公司预计今后2～3年内店铺陈列架将发展成为直流供电。（记者：狩集 浩志）
日本国誉寿都亚（KOKUYO Store Creation）宣布，将于2009年7月1日上市利用12V直流（DC）驱动的商品陈列架用LED照明系统。此次上市的LED照明系统以LED照明器具“LED Stick Light”为主，由安装在商品陈列架上的DC12V直流供电系统“SE-RAIL”以及将交流（AC）100V电源转换为DC12V的AC适配器等构成。
LED Stick Light与原来的荧光灯照明相比，耗电量可削减50％左右，还确保了约5倍以上的寿命。例如，宽度为900mm的陈列架（W900）用产品，耗电量为13W，寿命为4万小时以上。而W900用普通荧光灯的耗电量为23W，寿命为5000～8000小时。
LED Stick Light备有3种光源色（昼光色ND、昼光色EN及灯泡色EL）和3种长度（W600用、W900用及W1200用）。LED Stick Light的价格方面，W600用为9765日元，W900用为1万3335日元，W1200用为1万6800日元。该公司的目标是，09年度使销售额达到1亿日元。
采用树脂成型的SE-RAIL为LED照明供电。SE-RAIL能垂直固定在陈列架里面的柱子上，可为LED照明提供利用AC适配器转换为直流的12V电力。SE-RAIL可供应最大15A的电流。
国誉寿都亚曾于08年8月上市可驱动LED照明器具及电子显示广告设备等的直流供电系统“E-RAIL”（参阅本站报道）。此次通过追加LED照明，该公司预计今后2～3年内店铺陈列架将发展成为直流供电。（记者：狩集 浩志）
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走向直流供电（一）：转换损失更少、耗电量更低
走向直流供电（一）：转换损失更少、耗电量更低
身边其实都是靠直流工作的产品
电视、个人电脑、电话、打印机、手机、游戏机及便携音乐播放器，我们身边的电器其实都使用直流电工作。洗衣机、空调、荧光灯等产品也开始配备逆变器，这些产品也都是先将交流转换为直流，然后再调制为高频交流。人们熟悉的个人电脑等配备的USB端口，也可供给电压为5V、最大电流为500mA的直流。
重温爱迪生的梦想
直流供电可追溯到19世纪80年代。当时，著名发明家爱迪生（Thomas Alva Edison）为了向白炽灯等供电，曾提出直流供电方式。但是，特斯拉（Nikola Tesla，其人名被用于磁通量密度单位）和美国西屋电气（Westinghouse Electric）提出的交流供电方案最终成为全球标准。主要理由是交流方式在长距离大规模送电时可轻松升降电压。然而，时光流转百年后，在短距离送电用途以及廉价使用高効DC-DC转换器成为现实的推动下，直流供电重新引起了人们的关注。
对普通用户也有利
以直流方式进行家庭供电，对用户也很有利。在家庭中，如果能够使用高效AC-DC转换器将交流电统一转换成直流电，便可减少以往由低効AC适配器进行转换时的能量损耗，有助于节省电费。另外，还有望省去在插座上插多个AC适配器。仅交流改直流一项便可将转换损失减少两成，如果能够开发出直流的标准插座，便可在个人电脑、手机、数码相机、游戏机及音乐播放器等电器之间通用，用一根连线实现便携。
近年来可为设备提供直流的“直流供电”方式越来越受关注，相关尝试也在多个领域日趋活跃（图1）。直流供电可减少AC-DC转换的次数，对于用直流电工作的设备以及配备逆变器的设备而言，有望获得出色的省电效果。虽然直流供电很早就有过NTT在电话交换机上使用的先例，但仅限于部分用途。而现在旨在全面普及直流供电的举措却接连涌现。
在家庭中，太阳能电池与蓄电池结合的直流供电系统将得到普及。首先与LED照明等直流驱动的产品连接，之后还会给空调、洗衣机等大功率电器提供直流电。将来，还有可能像玩游戏一样用健身器械来发电，而且随着电动汽车的亮相，还有望迎来在家庭与电动汽车间相互调剂电力的时代。（插图：楠本 礼子）
在办公室中，耗电量庞大的数据中心等IT设备的300～400V直流供电将得到普及。之后，还将
扩展至LED照明及空调等领域。在办公场所，对个人电脑等的直流供电将会推进，最终有望实现
利用桌面的非接触直流供电。（插图：楠本 礼子）
其中，尤为活跃的是数据中心。在该领域，作为降低服务器等IT设备耗电量的有效手段，导入直流供电系统的事例日益增多。
比如，伊藤忠技术解决方案（CTC）08年10月启动了采用直流供电的数据中心，并且有多家服务器厂商开始着手备齐支持直流供电的机型。NTT集团于08年6月宣布，将调动整个集团的力量来推进直流供电的导入和普及。日立制作所及NEC也表示将建立采用直流供电的数据中心。
这一动向不仅仅限于数据中心。还有企业打算以1万日元以下的价格向店铺销售可向货架照明及显示装置供应直流电的系统。“已有便利店及购物中心表现出了兴趣”（国誉店铺开发本部开发部第二小组负责人渡边聪）。
办公室、工厂、家庭也将导入
向办公室及工厂导入直流供电的做法也在推进之中。“在今后两三年内，工厂等也将导入直流供电系统”（竹中工务店）。
另外，房地产商、电子厂商及配电部件厂商的技术人员众口一致地表示直流供电“不久将进入家庭”。在2008年9月30日～10月4日举行的“CEATEC JAPAN 2008”上，夏普、TDK相继公开了将太阳能电池与蓄电池相结合，向家庭供应直流电的“直流家庭”概念。
夏普代表董事长兼CEO町田胜彦对这一领域充满了期待：“争取像液晶电视在不到10年的时间里就成为主流那样，在今后10年内实现直流供电家庭” 注1）。
注1）夏普町田社长在2008年10月29日举行的“FPD International 2008”的特邀主题演讲中，以“低碳社会中的DC环保家庭——由液晶、太阳能电池、LED创造的不远将来”为题发表了演讲。其中，町田表示，“希望业内人士能够聚集在开放的场所，而不是协会这样的封闭场所，来讨论一下最好的系统应该是什么样的。现在技术已经有了。以后只需要跨企业、跨行业展开合作”。
还有企业明确提出了上市家用系统的时间，松下电工先进技术开发研究所所长藤冈透表示“正在按照2010年投放市场的计划推进开发”。（记者：狩集 浩志、山下 胜已）
图1：直流供电在多个领域的尝试日趋活跃不仅是数据中心及家庭，而且在办
公室、工厂及店铺等领域，使用直流供电的可能性也不断增大。开发企业的涉
及面也很广，除了电子厂商、服务器厂商、数据中心运营商之外，还包括办公' H# O* Z& B$ i' X
设备厂商及建筑公司等。
身边其实都是靠直流工作的产品
电视、个人电脑、电话、打印机、手机、游戏机及便携音乐播放器，我们身边的电器其实都使用直流电工作。洗衣机、空调、荧光灯等产品也开始配备逆变器，这些产品也都是先将交流转换为直流，然后再调制为高频交流。人们熟悉的个人电脑等配备的USB端口，也可供给电压为5V、最大电流为500mA的直流。
重温爱迪生的梦想
直流供电可追溯到19世纪80年代。当时，著名发明家爱迪生（Thomas Alva Edison）为了向白炽灯等供电，曾提出直流供电方式。但是，特斯拉（Nikola Tesla，其人名被用于磁通量密度单位）和美国西屋电气（Westinghouse Electric）提出的交流供电方案最终成为全球标准。主要理由是交流方式在长距离大规模送电时可轻松升降电压。然而，时光流转百年后，在短距离送电用途以及廉价使用高効DC-DC转换器成为现实的推动下，直流供电重新引起了人们的关注。
对普通用户也有利
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以直流方式进行家庭供电，对用户也很有利。在家庭中，如果能够使用高效AC-DC转换器将交流电统一转换成直流电，便可减少以往由低効AC适配器进行转换时的能量损耗，有助于节省电费。另外，还有望省去在插座上插多个AC适配器。仅交流改直流一项便可将转换损失减少两成，如果能够开发出直流的标准插座，便可在个人电脑、手机、数码相机、游戏机及音乐播放器等电器之间通用，用一根连线实现便携。
近年来可为设备提供直流的“直流供电”方式越来越受关注，相关尝试也在多个领域日趋活跃（图1）。直流供电可减少AC-DC转换的次数，对于用直流电工作的设备以及配备逆变器的设备而言，有望获得出色的省电效果。虽然直流供电很早就有过NTT在电话交换机上使用的先例，但仅限于部分用途。而现在旨在全面普及直流供电的举措却接连涌现。
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在家庭中，太阳能电池与蓄电池结合的直流供电系统将得到普及。首先与LED照明等直流驱动的产品连接，之后还会给空调、洗衣机等大功率电器提供直流电。将来，还有可能像玩游戏一样用健身器械来发电，而且随着电动汽车的亮相，还有望迎来在家庭与电动汽车间相互调剂电力的时代。（插图：楠本 礼子）
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在办公室中，耗电量庞大的数据中心等IT设备的300～400V直流供电将得到普及。之后，还将
扩展至LED照明及空调等领域。在办公场所，对个人电脑等的直流供电将会推进，最终有望实现
利用桌面的非接触直流供电。（插图：楠本 礼子）
其中，尤为活跃的是数据中心。在该领域，作为降低服务器等IT设备耗电量的有效手段，导入直流供电系统的事例日益增多。
比如，伊藤忠技术解决方案（CTC）08年10月启动了采用直流供电的数据中心，并且有多家服务器厂商开始着手备齐支持直流供电的机型。NTT集团于08年6月宣布，将调动整个集团的力量来推进直流供电的导入和普及。日立制作所及NEC也表示将建立采用直流供电的数据中心。
这一动向不仅仅限于数据中心。还有企业打算以1万日元以下的价格向店铺销售可向货架照明及显示装置供应直流电的系统。“已有便利店及购物中心表现出了兴趣”（国誉店铺开发本部开发部第二小组负责人渡边聪）。
办公室、工厂、家庭也将导入
向办公室及工厂导入直流供电的做法也在推进之中。“在今后两三年内，工厂等也将导入直流供电系统”（竹中工务店）。
另外，房地产商、电子厂商及配电部件厂商的技术人员众口一致地表示直流供电“不久将进入家庭”。在2008年9月30日～10月4日举行的“CEATEC JAPAN 2008”上，夏普、TDK相继公开了将太阳能电池与蓄电池相结合，向家庭供应直流电的“直流家庭”概念。
夏普代表董事长兼CEO町田胜彦对这一领域充满了期待：“争取像液晶电视在不到10年的时间里就成为主流那样，在今后10年内实现直流供电家庭” 注1）。
注1）夏普町田社长在2008年10月29日举行的“FPD International 2008”的特邀主题演讲中，以“低碳社会中的DC环保家庭——由液晶、太阳能电池、LED创造的不远将来”为题发表了演讲。其中，町田表示，“希望业内人士能够聚集在开放的场所，而不是协会这样的封闭场所，来讨论一下最好的系统应该是什么样的。现在技术已经有了。以后只需要跨企业、跨行业展开合作”。
还有企业明确提出了上市家用系统的时间，松下电工先进技术开发研究所所长藤冈透表示“正在按照2010年投放市场的计划推进开发”。（记者：狩集 浩志、山下 胜已）
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图1：直流供电在多个领域的尝试日趋活跃不仅是数据中心及家庭，而且在办
公室、工厂及店铺等领域，使用直流供电的可能性也不断增大。开发企业的涉
及面也很广，除了电子厂商、服务器厂商、数据中心运营商之外，还包括办公' H# O* Z& B$ i' X
设备厂商及建筑公司等。
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走向直流供电（二）：降低设备耗电量
走向直流供电（二）：降低设备耗电量
降低设备耗电量
在数据中心、办公室、工厂、店铺及家庭等多个领域，为何近来导入直流供电的举措开始加快呢？理由是直流供电可成为应对全球变暖的有效对策。比如，日本提出“力争2050年将CO2排放量减至目前的一半”，但这一目标可能无法实现。人们普遍认为，连京都议定书规定的“日本到2012年CO2排放量比1990年度减少6％”的要求甚至都很难达到。
原因就在于日本的CO2排放量趋于增加，2007年度比1990年度增加了8.7％。因此，CO2排放量较大的电力转换部门的批评越来越多，降低耗电开始成为亟需解决的问题。
图2：IT设备耗电量日益增加日本国内IT设备耗电量预计2025年
将达到2006年的5倍以上，到2050年将进一步增至12倍。本图由《日经电子》根据日本经济产业省的资料制成。
日本的数据中心耗电量到2025年将增至2006年的5倍以上，届时电费和数据中心的空调都将成为令人头疼的问题（图2）。“如果继续使用现有设备，就会受到电能及空调能力不足的影响。直流供电正好是有效对策之一”（数据中心运营商）。
目前的交流供电系统在工作时先向各个设备供给交流电，然后再通过各个设备配备的AC适配器等AC-DC逆变器转换成直流电。转换效率大多只有80％左右。这会使投入电力的20％以热量的形式浪费掉。
而且，有的设备还会反复进行交流到直流、直流到交流的转换，其转换损失就更大。因此，如果将电网电力先用高效AC-DC逆变器统一转换成直流电，然后再向各个设备供电，可提高省电效果。比如，采用转换效率为90％的AC-DC逆变器时，与原来相比可将耗电减少10％以上。
直流供电的导入开始加快的原因还有一个。那就是太阳能电池的迅速普及。如果太阳能电池导入顺利，那么家庭及企业希望直接利用所发电力的需求也将随之扩大。
届时如果仍使用目前的系统的话，所发电力就需要从直流到交流、再从交流到直流的转换，会造成很大的浪费。“好不容易才创造出来的能源就这样在DC-AC转换过程中被消耗掉了”（长崎大学研究生院生产科学研究系系统科学专业教授松尾博文）。（记者：狩集 浩志、山下 胜已）
降低设备耗电量
在数据中心、办公室、工厂、店铺及家庭等多个领域，为何近来导入直流供电的举措开始加快呢？理由是直流供电可成为应对全球变暖的有效对策。比如，日本提出“力争2050年将CO2排放量减至目前的一半”，但这一目标可能无法实现。人们普遍认为，连京都议定书规定的“日本到2012年CO2排放量比1990年度减少6％”的要求甚至都很难达到。
原因就在于日本的CO2排放量趋于增加，2007年度比1990年度增加了8.7％。因此，CO2排放量较大的电力转换部门的批评越来越多，降低耗电开始成为亟需解决的问题。
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图2：IT设备耗电量日益增加日本国内IT设备耗电量预计2025年
将达到2006年的5倍以上，到2050年将进一步增至12倍。本图由《日经电子》根据日本经济产业省的资料制成。
日本的数据中心耗电量到2025年将增至2006年的5倍以上，届时电费和数据中心的空调都将成为令人头疼的问题（图2）。“如果继续使用现有设备，就会受到电能及空调能力不足的影响。直流供电正好是有效对策之一”（数据中心运营商）。
目前的交流供电系统在工作时先向各个设备供给交流电，然后再通过各个设备配备的AC适配器等AC-DC逆变器转换成直流电。转换效率大多只有80％左右。这会使投入电力的20％以热量的形式浪费掉。
而且，有的设备还会反复进行交流到直流、直流到交流的转换，其转换损失就更大。因此，如果将电网电力先用高效AC-DC逆变器统一转换成直流电，然后再向各个设备供电，可提高省电效果。比如，采用转换效率为90％的AC-DC逆变器时，与原来相比可将耗电减少10％以上。
直流供电的导入开始加快的原因还有一个。那就是太阳能电池的迅速普及。如果太阳能电池导入顺利，那么家庭及企业希望直接利用所发电力的需求也将随之扩大。
届时如果仍使用目前的系统的话，所发电力就需要从直流到交流、再从交流到直流的转换，会造成很大的浪费。“好不容易才创造出来的能源就这样在DC-AC转换过程中被消耗掉了”（长崎大学研究生院生产科学研究系系统科学专业教授松尾博文）。（记者：狩集 浩志、山下 胜已）
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走向直流供电（三）：数据中心率先普及
走向直流供电（三）：数据中心率先普及
数据中心率先普及
有望最先导入直流供电的是数据中心。原因在于，现行的交流供电方式会使今后的耗电量剧增，而且目前系统的浪费也很大（图3）。
图3：通过减少电力转换损失来节省电力目前的数据中心大多利用UPS运行服务器（a）。这时，需要对电网电力进行多达3次的电力转换，因此转换损失较大。而如果能够实现直流供电，只需1次电力转换即可，有助于节省电力（b）。
目前的数据中心为了防止电力瞬间下降、即瞬降（或瞬停），大多都设有具备蓄电装置的不间断电源（UPS：uninterruptiblepower supply）。因此，来自电网的交流电会先经AC-DC转为直流电进入蓄电装置，然后再经DC-AC转为交流电提供给服务器等设备。在服务器内部内，又会把交流电再进行一次AC-DC转换，变成直流电后提供给设备使用。
也就是说，从电网输出的电力要进行多达3次的交流与直流间的转换，因此，即使每次转换的效率都达到了90％，3次转换后仍然会损失掉约27％的电力。
而通过将这一过程改为直流供电，便可获得良好的效果。如果能够利用转换效率为90％的AC-DC逆变器在电网输出电力时统一转换后再供设备使用，便可大幅减少转换损失。还有观点认为，凭借这些效果，“将来数据中心便可省去UPS，改为直流供电”（三垦电气技术本部PS事业部技术总监伊东洋一）。
CTC已于2008年10月启动了采用直流供电的数据中心，在数据中心内设置了多台可使用48V直流供电的服务器。该公司表示，“通过向服务器进行直流供电，可将耗电量减少20％左右”（CTC数据中心事业部门DC事业企划室事业开发室事业开发部部长唐木真）注2）。
注2）伊藤忠技术解决方案利用的服务器由路克博信息系统科技（RackableSystems）制造。路克博信息系统科技是一家x86服务器份额位居全美第四位的服务器厂商。该公司的特点是专门从事BTO（Build To Order，按单定制）业务，以谷歌及微软等构筑数万台级数据中心的公司为客户。为了减少数据中心的耗电量，迅速推出了支持直流供电的服务器。
图4：通过直流供电减少IT设备耗电量如果改用直流电向IT设备供给，便可减少IT设备的耗电量。另外，改为直流供电还可提高转换效率，由此减少电源部产生的热量，从而降低空调耗电。本图由《日经电子》根据NTT FA的资料制作
NTT集团的NTT环境能源研究所也表示，通过向IT设备进行直流供电，可将数据中心的耗电量减少14～17％（图4）。该公司认为，IT设备及电源部分的耗电量减少后，便可调高空调的温度，降低空调的耗电。（记者：狩集 浩志、山下 胜已）
数据中心率先普及
有望最先导入直流供电的是数据中心。原因在于，现行的交流供电方式会使今后的耗电量剧增，而且目前系统的浪费也很大（图3）。
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图3：通过减少电力转换损失来节省电力目前的数据中心大多利用UPS运行服务器（a）。这时，需要对电网电力进行多达3次的电力转换，因此转换损失较大。而如果能够实现直流供电，只需1次电力转换即可，有助于节省电力（b）。
目前的数据中心为了防止电力瞬间下降、即瞬降（或瞬停），大多都设有具备蓄电装置的不间断电源（UPS：uninterruptiblepower supply）。因此，来自电网的交流电会先经AC-DC转为直流电进入蓄电装置，然后再经DC-AC转为交流电提供给服务器等设备。在服务器内部内，又会把交流电再进行一次AC-DC转换，变成直流电后提供给设备使用。
也就是说，从电网输出的电力要进行多达3次的交流与直流间的转换，因此，即使每次转换的效率都达到了90％，3次转换后仍然会损失掉约27％的电力。
而通过将这一过程改为直流供电，便可获得良好的效果。如果能够利用转换效率为90％的AC-DC逆变器在电网输出电力时统一转换后再供设备使用，便可大幅减少转换损失。还有观点认为，凭借这些效果，“将来数据中心便可省去UPS，改为直流供电”（三垦电气技术本部PS事业部技术总监伊东洋一）。
CTC已于2008年10月启动了采用直流供电的数据中心，在数据中心内设置了多台可使用48V直流供电的服务器。该公司表示，“通过向服务器进行直流供电，可将耗电量减少20％左右”（CTC数据中心事业部门DC事业企划室事业开发室事业开发部部长唐木真）注2）。
注2）伊藤忠技术解决方案利用的服务器由路克博信息系统科技（RackableSystems）制造。路克博信息系统科技是一家x86服务器份额位居全美第四位的服务器厂商。该公司的特点是专门从事BTO（Build To Order，按单定制）业务，以谷歌及微软等构筑数万台级数据中心的公司为客户。为了减少数据中心的耗电量，迅速推出了支持直流供电的服务器。
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图4：通过直流供电减少IT设备耗电量如果改用直流电向IT设备供给，便可减少IT设备的耗电量。另外，改为直流供电还可提高转换效率，由此减少电源部产生的热量，从而降低空调耗电。本图由《日经电子》根据NTT FA的资料制作
NTT集团的NTT环境能源研究所也表示，通过向IT设备进行直流供电，可将数据中心的耗电量减少14～17％（图4）。该公司认为，IT设备及电源部分的耗电量减少后，便可调高空调的温度，降低空调的耗电。（记者：狩集 浩志、山下 胜已）
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走向直流供电（四）：太阳能电池及蓄电装置实现低价位
走向直流供电（四）：太阳能电池及蓄电装置实现低价位
太阳能电池及蓄电装置实现低价位
有了上述效果，数据中心导入直流供电就有望进一步增加。在数据中心顺利推进后，还会逐渐扩展至办公室、工厂、店铺及家庭等领域（图5）。超过200V的直流供电有望在数据中心及工厂等产业用途中推广，待安全性在这些用途得到证实后，便有望导入店铺、办公室及家庭。
图5：家庭从2010年开始直流供电直流供电首先在数据中心顺利推进之后，将扩展至办公室及店铺，从2010年起还有望进入家庭。在家庭领域，太阳能电及电动汽车等将推动直流供电加快普及。
向家庭进行直流供电的关键在于太阳能电池。日本从2009年起恢复了对家用太阳能电池提供援助的补助金制度，“新建住宅将有70％会安装太阳能电池”（业内相关人士）注3）。
注3）日本经济产业省、文部科学省、国土交通省及环境省于2008年11月11日联合发表了“太阳能发电普及行动计划”。日本政府在2008年7月内阁会议确定的“构建低碳社会行动计划”中提出，将力争使太阳能电池导入量2020年达到2005年度的10倍，到2030年进一步提高至40倍，并在3～5年后将太阳能电池系统的价格降至目前的一半左右。而发布太阳能发电普及计划正是为了督促相关部门迅速采取行动，实现这一目标。在该计划中，有关供给方的内容包括：推进太阳能电池材料和模块的技术开发、实现系统的轻量化和安装的简化，以及奖励与太阳能电池结合使用的蓄电池技术的开发。需求方的内容包括：向家庭方面的普及提供补助金、为加快公共设施方面的普及提供信息，以及促进教育机构在环保教育中纳入太阳能发电内容等。
而且，还有预测认为，太阳能电池的价格“到2010年前后将下降到目前的一半左右”，太阳能电池与蓄电装置相结合的系统有望在家庭中普及。
图6：家庭实现直流供电的关键在于太阳能电池和锂离子充电电池在配备现有太阳能电池的住宅中，太阳能电池产生的直流电需要通过称为功率调节器的DC-AC逆变器转换成交流电，并使波长及相位与电网电力的交流电吻合后才能使用（a）。将来，太阳能电池与锂离子充电电池结合的系统将会亮相，届时如果仍采用目前的系统构成，太阳能电池产生的电力就需要多达4次以上的AC-DC或DC-AC转换，转换损失会更大（b）。因此，通过在最初将电网电力转换成直流进行使用，便可大幅减少转换损失（c）。另外，导入直流供电还可减少逆变器的使用个数，有助于降低部件成本。
与太阳能电池一起被公认为价格较高的蓄电装置也开始出现低成本化趋势。预定2010年投放市场的电动汽车及插电式混合动力等的亮相，使高容量、长寿命车载锂离子充电电池的开发日趋活跃。由于车载用锂离子充电电池以及在家庭等固定用途的锂离子充电电池开始通用，蓄电装置的价格下降将会加速。
量产固定用途及车载用途锂离子充电电池的ELIIY Power表示，“锂离子充电电池的价格可降至5万日元/kWh”（该公司代表董事社长吉田博）。该公司已宣布在神奈川县川崎市设立量产工厂，并于2008年内接受了50亿日元左右的增资 注4）。目标是首先量产用于家庭的固定用途的锂离子充电电池，然后再扩展至车载用途。
注4）大和房屋工业、夏普及大日本印刷向ELIIY Power实施了出资。
在家庭中设置2kW太阳能电池与10kWh蓄電池结合的系统，价格可控制在200万日元以内 注5）。受此推动，在家庭内直流供电的需求有望进一步扩大。
注5）目前，2kW太阳能电池的价格为200万～250万日元左右。如果这一价格减半，便可降至100万～125万日元。另一方面，蓄电池的价格如减至每kWh为5万日元，那么10kWh蓄电池便可只需50万日元。这样一来，就可在200万日元以内实现两者相结合的系统。
目前的家用太阳能电池在工作时先通过功率调节器将发出的直流电转换成交流电，使电压及相位与电网的电力吻合，以便能够向电网逆流馈电。因此，向家庭供给的为交流电，所以每个设备素要逐一进行AC-DC转换（图6）。
但是，今后如果将蓄电池与现有的系统结合，就会与数据中心一样，导致电力从直流到交流，或从交流到直流的转换次数增加，从而造成非常大的损失。因此，在最初用高效AC-DC逆变器对电网电力进行转换，从太阳能电池、充电电池一直到设备，以相同电压进行直流供电的话，便可消除转换损失。
家庭发电量将增加
太阳能电池结合以蓄电装置进行直流供电的做法，蕴藏着多种可能性。比如，房产商可建造灾害时及停电时也可使用照明及电器的住宅进行销售。
将来，不仅是太阳能电池，而且还可与同为直流发电的燃料电池结合，进一步提高来自家庭的发电量。这样便可作为分散型电源形成地区协作，由此实现更大的省电效果。并最终实现向电网逆流馈电，从而为平衡高峰用电做出贡献。“不仅是白天，黄昏时的用电峰值能够得以平坦化的话，就能够获得明显的省电效果”（筑波大学研究生院系统信息工程学研究系机械与能源工程学专业教授石田正义）。
另外，随着家庭发电及蓄电越来越受关注，今后也许会利用以往浪费掉的洗浴废热水以及流经雨漏管的雨水来发电，而且居民可能还会积极使用自行车健身器象玩游戏一样参与发电。如果将家庭内的这些微弱发电集合起来，“每天便可获得1kWh左右的电力。这些电力相当于一个家庭一天用电量的1成”（日本东北大学研究生院环境科学研究系环境科学专业教授田路和幸）注6）。（记者：狩集 浩志、山下 胜已）
注6）作为日本环境省“平成20年度全球变暖对策技术开发事业”，日本东北大学研究生院环境科学研究系实施了“环境省节能家庭项目”。目标是通过将家中未被使用而处于分散状态的微弱电能以低电压回收、储存于锂离子充电电池中供家庭再利用，将CO2减少10％。
太阳能电池及蓄电装置实现低价位
有了上述效果，数据中心导入直流供电就有望进一步增加。在数据中心顺利推进后，还会逐渐扩展至办公室、工厂、店铺及家庭等领域（图5）。超过200V的直流供电有望在数据中心及工厂等产业用途中推广，待安全性在这些用途得到证实后，便有望导入店铺、办公室及家庭。
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图5：家庭从2010年开始直流供电直流供电首先在数据中心顺利推进之后，将扩展至办公室及店铺，从2010年起还有望进入家庭。在家庭领域，太阳能电及电动汽车等将推动直流供电加快普及。
向家庭进行直流供电的关键在于太阳能电池。日本从2009年起恢复了对家用太阳能电池提供援助的补助金制度，“新建住宅将有70％会安装太阳能电池”（业内相关人士）注3）。
注3）日本经济产业省、文部科学省、国土交通省及环境省于2008年11月11日联合发表了“太阳能发电普及行动计划”。日本政府在2008年7月内阁会议确定的“构建低碳社会行动计划”中提出，将力争使太阳能电池导入量2020年达到2005年度的10倍，到2030年进一步提高至40倍，并在3～5年后将太阳能电池系统的价格降至目前的一半左右。而发布太阳能发电普及计划正是为了督促相关部门迅速采取行动，实现这一目标。在该计划中，有关供给方的内容包括：推进太阳能电池材料和模块的技术开发、实现系统的轻量化和安装的简化，以及奖励与太阳能电池结合使用的蓄电池技术的开发。需求方的内容包括：向家庭方面的普及提供补助金、为加快公共设施方面的普及提供信息，以及促进教育机构在环保教育中纳入太阳能发电内容等。
而且，还有预测认为，太阳能电池的价格“到2010年前后将下降到目前的一半左右”，太阳能电池与蓄电装置相结合的系统有望在家庭中普及。
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图6：家庭实现直流供电的关键在于太阳能电池和锂离子充电电池在配备现有太阳能电池的住宅中，太阳能电池产生的直流电需要通过称为功率调节器的DC-AC逆变器转换成交流电，并使波长及相位与电网电力的交流电吻合后才能使用（a）。将来，太阳能电池与锂离子充电电池结合的系统将会亮相，届时如果仍采用目前的系统构成，太阳能电池产生的电力就需要多达4次以上的AC-DC或DC-AC转换，转换损失会更大（b）。因此，通过在最初将电网电力转换成直流进行使用，便可大幅减少转换损失（c）。另外，导入直流供电还可减少逆变器的使用个数，有助于降低部件成本。
与太阳能电池一起被公认为价格较高的蓄电装置也开始出现低成本化趋势。预定2010年投放市场的电动汽车及插电式混合动力等的亮相，使高容量、长寿命车载锂离子充电电池的开发日趋活跃。由于车载用锂离子充电电池以及在家庭等固定用途的锂离子充电电池开始通用，蓄电装置的价格下降将会加速。
量产固定用途及车载用途锂离子充电电池的ELIIY Power表示，“锂离子充电电池的价格可降至5万日元/kWh”（该公司代表董事社长吉田博）。该公司已宣布在神奈川县川崎市设立量产工厂，并于2008年内接受了50亿日元左右的增资 注4）。目标是首先量产用于家庭的固定用途的锂离子充电电池，然后再扩展至车载用途。
注4）大和房屋工业、夏普及大日本印刷向ELIIY Power实施了出资。
在家庭中设置2kW太阳能电池与10kWh蓄電池结合的系统，价格可控制在200万日元以内 注5）。受此推动，在家庭内直流供电的需求有望进一步扩大。
注5）目前，2kW太阳能电池的价格为200万～250万日元左右。如果这一价格减半，便可降至100万～125万日元。另一方面，蓄电池的价格如减至每kWh为5万日元，那么10kWh蓄电池便可只需50万日元。这样一来，就可在200万日元以内实现两者相结合的系统。
目前的家用太阳能电池在工作时先通过功率调节器将发出的直流电转换成交流电，使电压及相位与电网的电力吻合，以便能够向电网逆流馈电。因此，向家庭供给的为交流电，所以每个设备素要逐一进行AC-DC转换（图6）。
但是，今后如果将蓄电池与现有的系统结合，就会与数据中心一样，导致电力从直流到交流，或从交流到直流的转换次数增加，从而造成非常大的损失。因此，在最初用高效AC-DC逆变器对电网电力进行转换，从太阳能电池、充电电池一直到设备，以相同电压进行直流供电的话，便可消除转换损失。
家庭发电量将增加
太阳能电池结合以蓄电装置进行直流供电的做法，蕴藏着多种可能性。比如，房产商可建造灾害时及停电时也可使用照明及电器的住宅进行销售。
将来，不仅是太阳能电池，而且还可与同为直流发电的燃料电池结合，进一步提高来自家庭的发电量。这样便可作为分散型电源形成地区协作，由此实现更大的省电效果。并最终实现向电网逆流馈电，从而为平衡高峰用电做出贡献。“不仅是白天，黄昏时的用电峰值能够得以平坦化的话，就能够获得明显的省电效果”（筑波大学研究生院系统信息工程学研究系机械与能源工程学专业教授石田正义）。
另外，随着家庭发电及蓄电越来越受关注，今后也许会利用以往浪费掉的洗浴废热水以及流经雨漏管的雨水来发电，而且居民可能还会积极使用自行车健身器象玩游戏一样参与发电。如果将家庭内的这些微弱发电集合起来，“每天便可获得1kWh左右的电力。这些电力相当于一个家庭一天用电量的1成”（日本东北大学研究生院环境科学研究系环境科学专业教授田路和幸）注6）。（记者：狩集 浩志、山下 胜已）
注6）作为日本环境省“平成20年度全球变暖对策技术开发事业”，日本东北大学研究生院环境科学研究系实施了“环境省节能家庭项目”。目标是通过将家中未被使用而处于分散状态的微弱电能以低电压回收、储存于锂离子充电电池中供家庭再利用，将CO2减少10％。
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走向直流供电（五）：电压和安全性是课题
走向直流供电（五）：电压和安全性是课题
电压和安全性是课题
虽然直流供电备受关注，但是要想导入还需要解决诸多课题。难点就在于电压值和安全性能。如果电压较低，就会导致供电时电阻损耗增大、供电电缆变粗、布线作业难度增加以及电缆等构件成本上升的问题。但是如果提高电压值，今后就必须解决电弧及触电等问题。交流电供电时，即使有电弧产生，也会因交流电压周期性过零而消失。然而，直流电始终施加恒定电压，因此不能熄灭电弧，就有可能引燃周围的物体。
图7：数据中心在无电压国际标准情况下的直流供电数据中心要导入直流供电，还需要解决诸多课题。首先是供电电压的额定值及上下限值在日本及国际上均. 无标准。有关安全性能的规格也未确定。今后业界有必要制定统一的方针。
解决上述问题，就有必要就各领域的最适电压及安全规格进行标准化。
比如，数据中心目前是以48V进行直流供电，而今后考虑将电压提高至300～400V。但是，目前不光是额定电压，连最小及最大电压、瞬降时的规格、连接器的形状以及安全性规格等也未确立全球标准。日本当然也一样（图7）。
在这一方面，在日本国内具有较大影响力的是NTT集团。NTT集团曾宣布将致力于将电压提高至400V左右的直流供电系统的技术开发和标准化，并力争在2010年度之前开始导入（图8）。因此，NTT集团有望在2010年度之前发表对统一电压及安全性能的看法 注7）。
注7）此外，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的“绿色网络系统技术研究开发计划（绿色IT计划）”也将带来巨大影响。该计划的目标是将数据中心的年耗电量减少30％以上。其中，已就“数据中心电源系统和最佳直流化技术的开发”，在2008年度对直流供电展开可靠性及安全性所需要素技术的调查。2009年度可能会增加旨在标准化的研究项目。
NTT Data将从2009年初开始对360V和380V的不同电压的直流供电系统进行验证试验。“力争尽快确认省电效果及安全性，瞄准全球标准，向美国绿色网格联盟（The Green Grid）※等提出标准草案”（NTT DataNtt Data Ex Techno代表董事社长高草英博）。
※The Green Grid＝以提高数据中心等IT设备的省电效果为目的，于2007年2月26日设立的美国业界团体。日本支部已在2008年5月成立。董事会成员包括AMD、美国电力转换（APC）、戴尔、惠普、IBM、英特尔、微软、Sun微系统等11家公司。该团体的加盟企业已超过100家，日本企业有富士通、CTC、NTT DoCoMo、NTT Data、NEC、日立制作所、富士通FIB等加入。
首先向LED照明供电
在家庭用途中也存在以多少伏的电压来供电的大问题（图9）。目前，国际上不限制60V以下的直流供电，多数意见认为，应该根据此前的经验，“首先以48V或24V进行供电较为稳妥”（配电盘及电源技术人员）。
图9：还需要对施工人员进行培训在家庭直流供电方面，供电电压目前尚未确定，而且也没有安全规格。另外，此前家庭只采用交流供电，因此还需要对施工人员进行直流供电方面的培训。
但是，向家庭中空调及冰箱供电等耗电大户按照48V或24V供电就不太现实（图10）。理由是这些电器的耗电量较大。比如，如果以48V向额定2kW的空调进行直流供电，所需电流就要超过40A。在这一电流值下，布线用电缆会过粗，而且也很难保证触电及短路时的安全性能。
因此，估计会首先向耗电量在家庭中占16％而本身耗电并不大的照明用途，以48V左右的电压提供直流电。松下电工就计划首先使支持直流和交流两种供电方式的混合型配电盘实现实用化，在LED照明等产品上使用直流电。松下电工的藤冈就表示“如果是在新建住宅时设置LED照明，消费者就无需再频繁插拔电源，从安全性角度来看，也容易导入”。
将来要想在空调及冰箱等电器中导入直流供电，就必须着眼于有望在数据中心等领域实现的高电压系统，不断推进标准化作业。尤其是家庭内的供电系统，由于以前仅为交流供电，因此房产商、施工企业及供配电企业“都需要增加直流供电方面的知识及经验”（大型房产商的技术人员）。鉴于直流供电可带来非常显著的省电效果，估计导入该方式的举措今后将会不断加快。（全文完，记者：狩集 浩志、山下 胜已）
图10：照明器具耗电量之大出乎意料在2006年家庭耗电量中，空调所占比例最大，其次为冰箱、照明器具、电视。本图由《日经子》根据日本资源能源厅的资料制作。
电压和安全性是课题
虽然直流供电备受关注，但是要想导入还需要解决诸多课题。难点就在于电压值和安全性能。如果电压较低，就会导致供电时电阻损耗增大、供电电缆变粗、布线作业难度增加以及电缆等构件成本上升的问题。但是如果提高电压值，今后就必须解决电弧及触电等问题。交流电供电时，即使有电弧产生，也会因交流电压周期性过零而消失。然而，直流电始终施加恒定电压，因此不能熄灭电弧，就有可能引燃周围的物体。
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图7：数据中心在无电压国际标准情况下的直流供电数据中心要导入直流供电，还需要解决诸多课题。首先是供电电压的额定值及上下限值在日本及国际上均. 无标准。有关安全性能的规格也未确定。今后业界有必要制定统一的方针。
解决上述问题，就有必要就各领域的最适电压及安全规格进行标准化。
比如，数据中心目前是以48V进行直流供电，而今后考虑将电压提高至300～400V。但是，目前不光是额定电压，连最小及最大电压、瞬降时的规格、连接器的形状以及安全性规格等也未确立全球标准。日本当然也一样（图7）。
在这一方面，在日本国内具有较大影响力的是NTT集团。NTT集团曾宣布将致力于将电压提高至400V左右的直流供电系统的技术开发和标准化，并力争在2010年度之前开始导入（图8）。因此，NTT集团有望在2010年度之前发表对统一电压及安全性能的看法 注7）。
注7）此外，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的“绿色网络系统技术研究开发计划（绿色IT计划）”也将带来巨大影响。该计划的目标是将数据中心的年耗电量减少30％以上。其中，已就“数据中心电源系统和最佳直流化技术的开发”，在2008年度对直流供电展开可靠性及安全性所需要素技术的调查。2009年度可能会增加旨在标准化的研究项目。
NTT Data将从2009年初开始对360V和380V的不同电压的直流供电系统进行验证试验。“力争尽快确认省电效果及安全性，瞄准全球标准，向美国绿色网格联盟（The Green Grid）※等提出标准草案”（NTT DataNtt Data Ex Techno代表董事社长高草英博）。
※The Green Grid＝以提高数据中心等IT设备的省电效果为目的，于2007年2月26日设立的美国业界团体。日本支部已在2008年5月成立。董事会成员包括AMD、美国电力转换（APC）、戴尔、惠普、IBM、英特尔、微软、Sun微系统等11家公司。该团体的加盟企业已超过100家，日本企业有富士通、CTC、NTT DoCoMo、NTT Data、NEC、日立制作所、富士通FIB等加入。
首先向LED照明供电
在家庭用途中也存在以多少伏的电压来供电的大问题（图9）。目前，国际上不限制60V以下的直流供电，多数意见认为，应该根据此前的经验，“首先以48V或24V进行供电较为稳妥”（配电盘及电源技术人员）。
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图9：还需要对施工人员进行培训在家庭直流供电方面，供电电压目前尚未确定，而且也没有安全规格。另外，此前家庭只采用交流供电，因此还需要对施工人员进行直流供电方面的培训。
但是，向家庭中空调及冰箱供电等耗电大户按照48V或24V供电就不太现实（图10）。理由是这些电器的耗电量较大。比如，如果以48V向额定2kW的空调进行直流供电，所需电流就要超过40A。在这一电流值下，布线用电缆会过粗，而且也很难保证触电及短路时的安全性能。
因此，估计会首先向耗电量在家庭中占16％而本身耗电并不大的照明用途，以48V左右的电压提供直流电。松下电工就计划首先使支持直流和交流两种供电方式的混合型配电盘实现实用化，在LED照明等产品上使用直流电。松下电工的藤冈就表示“如果是在新建住宅时设置LED照明，消费者就无需再频繁插拔电源，从安全性角度来看，也容易导入”。
将来要想在空调及冰箱等电器中导入直流供电，就必须着眼于有望在数据中心等领域实现的高电压系统，不断推进标准化作业。尤其是家庭内的供电系统，由于以前仅为交流供电，因此房产商、施工企业及供配电企业“都需要增加直流供电方面的知识及经验”（大型房产商的技术人员）。鉴于直流供电可带来非常显著的省电效果，估计导入该方式的举措今后将会不断加快。（全文完，记者：狩集 浩志、山下 胜已）
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图10：照明器具耗电量之大出乎意料在2006年家庭耗电量中，空调所占比例最大，其次为冰箱、照明器具、电视。本图由《日经子》根据日本资源能源厅的资料制作。
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未来的电力供应技术（上）：改变观念的全直流供电
未来的电力供应技术（上）：改变观念的全直流供电
太阳能电池只能产生直流电，想要利用这绿色的能源，还得把直流电变成交流电才行。
IT产品和绝大多数家电内部均使用直流电，但我们的市电却都是交流电。在电力转换的过程中，大量的能源被白白地损耗。能不能使用全直流供电呢？它的推动力和阻力都不小。智能电网或许是个合理的解决方案，不用对目前的供电网络作革命性的改造，我们就可节约大量电能。
2003年8月那场让世界瞩目的美国和加拿大东部的大停电再一次告诉我们，在现代生活中，电绝对是不可或缺的重要资源。如果没有电，我们的列车将停止飞驰，服务器将不再运行，夜晚将失去光明，世界更将因此而陷入瘫痪。
我们常用的电力分为两种形式，交流电和直流电。前者的电流/电压相位随时间做周期性变化；而后者的电流/电压相位则始终不变。二者的应用也似乎是天经地义，各司其职：交流电的优点是发电和配电方面，便于电力的大规模生产；直流电则多用于家用电器和IT产品内部以及便携产品中。民用交流电的电压/频率与标准轨距一样，历经久远的年代而几乎没有发生变化，这样的模式已经过了一百多年。
随着绿色能源技术的进步，越来越多的业内人士提出，直流电才是更适合我们日常使用的电源，不仅仅因为它的安全性和低成本，更重要的是因为它更加节能。直流输电已经在国内外投入广泛的应用，而在终端设备方面，很多公司也已经取得了具有说服力的成果，包括直流供电的绿色数据中心，全直流电的绿色家庭等等。但是，受限于已经成为传统的交流电规范，推广这项技术可谓阻力重重，甚至比拆掉世界上所有的标准宽度的火车轨道、改铺宽距高速轮轨还要困难得多。
如果说全直流供电设备这种革命性的技术还很难被接受的话，那么智能电网技术推广的阻力可能会小得多——它不必对现有的电网进行革命性的改造，仅仅花上几千亿美元的“小钱”（相对于进行直流供电改造），就可能会节电10%以上，经济效益十分可观。目前，美国已经率先进行智能电网的研究和推广，并颁布了相关的标准。这些未来的电力供应技术将带来哪些绿色效益，并将带动哪些绿色技术的普及？CHIP将分两期为您一一介绍。
绿色的全直流供电
虽然目前国际通用的市电依然是交流电，但我们家中的电器，特别是IT设备已经是直流电的天下，想要使用这些电器，就要经过交流-直流转换，这一过程将损失10%～30%的电能。很多读者是变频空调和变频冰箱的用户，通过变频技术对空调和冰箱的压缩机根据负载进行实时调节的时候，先要把交流电转换为直流电，再转化为交流电输出，那些使用直流电机和压缩机的直流变频（速）产品也要经过一次交流-直流转换。这种转换吞噬了很大一部分变频技术节约下来的电能。除了直流变频空调和冰箱外，我们家中的电脑、平板电视也使用直流电，为此还要配备电源或专用电路将市电转换为低电压直流电，由此引发的电源的转换效率问题也成为最近几年的热门话题之一。此外，新型的节能产品也多数采用直流电，例如最近大行其道的LED照明。显而易见，如果采用直流供电，将在交流-直流转换方面节约大量的能源。
除了直接节能外，全直流供电更利于与绿色能源对接。目前各国都在大力发展的太阳能电池和燃料电池都是直接输出直流电的电力设备，不经过直流-交流转换就可以利用这些清洁的能源无疑具有更大的诱惑力。经过多年的发展，太阳能电池的转换效率得到了很大提高，比如Sunpower公司即将在北美和欧洲上市的太阳能电池实现了19.3%的转换效率，其产品采用了一个由96个电池单元组成的电池组，可以获得最大为315W的功率，如果使用5~10个这样的电池组，再配合蓄电池或超级电容，就能满足绝大部分家庭日常用电的需求；三洋公司则刚刚报道了正处于研究阶段的能量转换效率为23%的太阳能电池。虽然太阳能电池的能量转换效率已经达到了前所未有的高水平，并且预期到2050年转换效率可以达到40%，但目前繁琐的直流→交流→直流转换却会浪费掉很大一部分来之不易的电力。
全直流供电与节能家庭
节能家庭是去年开始推广的一个新概念，旨在减低人们日常生活中的碳排放量，在节能家庭中，直流供电是一项非常关键的技术。日本厂商对节能家庭项目投入了极高的热情，比如夏普为迎接2012年创业100年，提出了“通过以节能、创能设备为核心的环境?健康业务，为全球做出贡献”的口号，其具体措施之一就是“DC环保家庭”。DC环保家庭可将太阳能电池发的电存储到充电电池中，直接用直流电驱动设备，因此没有转换损失。充电电池的容量用完后，就把家用电源转为直流电，只需转换一次，与传统的供电方式相比能够节省很大一部分电力。
2009年4月15日，松下在在东京都江东区有名的东京松下中心内，开设了倡导家庭实现真正的二氧化碳零排放生活方式的展示设施Eco Ideas House，该设施以节能、造能和蓄能三项技术为中心，采用了环保型家电产品、LED照明、燃料电池以及太阳能发电等技术，目标是3年~5年后实现二氧化碳零排放的生活方式。松下将1990年时，居住着三代、四口人、拥有两层楼的独立住宅家庭的二氧化碳排放量作为100％，并考虑了近年来产品拥有台数的增加和大尺寸化等因素，推算若利用迄今已上市的节能产品，则2009年的二氧化碳排放量可降至47％。松下还宣布，将于2010年上市直流及交流均可提供的混合配电盘，目前该公司正在开发家用直流供电系统。这些成果也将应用于Eco Ideas House之中。通过采用这些3年~5年后的节能产品，以及采用先进的保温和隔热材料，2010年以后二氧化碳排放量可降至35％。这35％的二氧化碳通过与燃料电池、太阳能电池和蓄电池的造能及蓄能效果相抵消，就可达到实质上的零排放效果。
日本东北大学研究生院环境科学研究系与NEC东金、住友商事及积水建房等公司，于2008年12月26日共同实施了将太阳能电池所发出的直流电直接存储至锂离子充电电池，并进行了以直流形式向家电供应积蓄电力的验证实验，展示了液晶电视、DVD播放器、室内LED照明灯及室外LED照明灯4种直流供电的电子产品。其液晶电视和DVD播放器使用了以12V电压供电的单元，LED照明灯通过24V供电单元直接供电。日本东北大学方面认为，通过构建这样的系统，能够减少电力转换次数，即使是阴天等只能发出微弱电力的场合也能通过锂离子充电电池逐步积蓄电力，与目前的家用太阳能电池系统相比，节能性更高。今后，相关方面还将开发对微弱能源进行回收的锂离子电池单元，并预计在2010年3月建成采用直流供电的实验教学楼。
全直流供电与绿色数据中心
除了在未来的节能家庭中有广泛的应用前景之外，全直流供电方式还可以用于工厂、学校、商业建筑等方面，比如绿色数据中心就可以采用全直流供电的解决方案。为了防止电力瞬间下降（或瞬间停止），现在的数据中心都配有具备蓄电装置的不间断电源装置（UPS）。电网提供的交流电经过一次交流-直流转换，变成直流电供给蓄电装置后，还要经过直流-交流转换成交流电，供给服务器等设备，然后在设备内部再次经过交流-直流转换，变成直流电之后使用。这样，电网提供的电力要反复进行3次交流电和直流电的转换，即使转换效率达到90％，经过3次转换也会造成约27％的电力损失。如果利用转换效率超过90％的交流-直流转换器在电网电力的供电口进行一次性转换，然后供蓄电池和设备使用，数据中心的电力消耗就可削减10%～20%左右，同时被削减的还有这些损耗的电力所产生的热，自然为散热而付出的制冷力及其能耗也被削减了，系统的能源利用率比单纯的提高转换效率更高。
早在2006年，美国能源部下属的劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL）就进行了以直流方式向数据中心的服务器供电的试验。据该实验室介绍，运行着多台服务器的数据中心所消耗的电力，相当于面积相同的普通办公楼的100倍，如果消除目前进行的交直流转换过程，每台服务器的耗电量至少可减少9.34％。除LBNL外，包括美国思科、英特尔、美国Nextek电力系统、日本NTT FACILITIES和Sun等共29家公司也参加这一试验。此次试验设置了在380V直流电压下工作的Sun服务器群和配备英特尔微处理器的服务器群。作为比较对象，还同时运行了配置相同，利用普通交流电运行的服务群。减少交直流转换过程，除了可以削减相应的设备费用外，还可减少发热量，降低数据中心制冷设备所消耗的电力。以直流方式运行的数据中心还可以使用太阳能电池、燃料电池等绿色直流发电设备，进一步降低碳排放量。
全直流供电的障碍
在相关公司和机构的演示中，全直流供电展现了极大魅力，并能切实降低碳排放，但想要推广这一技术可谓困难重重。首先，现有的电网和各类电器都是为交流电所设计，目前还没有厂商愿意冒着亏损的风险生产这些直流家用电器。其次，直流供电还缺乏相关的规范，包括电压、插头形式等等。此外，高压直流电同样要面对安全性等问题。想要推进直流供电，仅仅依靠几个公司是办不到的，或许只有世界各国共同努力才能做到。即使是目前正在大力发展这一技术的企业，对近年内实现全直流供电也不太乐观。夏普董事社长片山干雄表示，“非洲等海外地区（基础设施尚不健全的地区）或许会最先普及（直流供电）”。目前看来，全直流供电可能会分阶段实现普及，但这一过程将十分漫长。
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太阳能电池只能产生直流电，想要利用这绿色的能源，还得把直流电变成交流电才行。
IT产品和绝大多数家电内部均使用直流电，但我们的市电却都是交流电。在电力转换的过程中，大量的能源被白白地损耗。能不能使用全直流供电呢？它的推动力和阻力都不小。智能电网或许是个合理的解决方案，不用对目前的供电网络作革命性的改造，我们就可节约大量电能。
2003年8月那场让世界瞩目的美国和加拿大东部的大停电再一次告诉我们，在现代生活中，电绝对是不可或缺的重要资源。如果没有电，我们的列车将停止飞驰，服务器将不再运行，夜晚将失去光明，世界更将因此而陷入瘫痪。
我们常用的电力分为两种形式，交流电和直流电。前者的电流/电压相位随时间做周期性变化；而后者的电流/电压相位则始终不变。二者的应用也似乎是天经地义，各司其职：交流电的优点是发电和配电方面，便于电力的大规模生产；直流电则多用于家用电器和IT产品内部以及便携产品中。民用交流电的电压/频率与标准轨距一样，历经久远的年代而几乎没有发生变化，这样的模式已经过了一百多年。
随着绿色能源技术的进步，越来越多的业内人士提出，直流电才是更适合我们日常使用的电源，不仅仅因为它的安全性和低成本，更重要的是因为它更加节能。直流输电已经在国内外投入广泛的应用，而在终端设备方面，很多公司也已经取得了具有说服力的成果，包括直流供电的绿色数据中心，全直流电的绿色家庭等等。但是，受限于已经成为传统的交流电规范，推广这项技术可谓阻力重重，甚至比拆掉世界上所有的标准宽度的火车轨道、改铺宽距高速轮轨还要困难得多。
如果说全直流供电设备这种革命性的技术还很难被接受的话，那么智能电网技术推广的阻力可能会小得多——它不必对现有的电网进行革命性的改造，仅仅花上几千亿美元的“小钱”（相对于进行直流供电改造），就可能会节电10%以上，经济效益十分可观。目前，美国已经率先进行智能电网的研究和推广，并颁布了相关的标准。这些未来的电力供应技术将带来哪些绿色效益，并将带动哪些绿色技术的普及？CHIP将分两期为您一一介绍。
绿色的全直流供电
虽然目前国际通用的市电依然是交流电，但我们家中的电器，特别是IT设备已经是直流电的天下，想要使用这些电器，就要经过交流-直流转换，这一过程将损失10%～30%的电能。很多读者是变频空调和变频冰箱的用户，通过变频技术对空调和冰箱的压缩机根据负载进行实时调节的时候，先要把交流电转换为直流电，再转化为交流电输出，那些使用直流电机和压缩机的直流变频（速）产品也要经过一次交流-直流转换。这种转换吞噬了很大一部分变频技术节约下来的电能。除了直流变频空调和冰箱外，我们家中的电脑、平板电视也使用直流电，为此还要配备电源或专用电路将市电转换为低电压直流电，由此引发的电源的转换效率问题也成为最近几年的热门话题之一。此外，新型的节能产品也多数采用直流电，例如最近大行其道的LED照明。显而易见，如果采用直流供电，将在交流-直流转换方面节约大量的能源。
除了直接节能外，全直流供电更利于与绿色能源对接。目前各国都在大力发展的太阳能电池和燃料电池都是直接输出直流电的电力设备，不经过直流-交流转换就可以利用这些清洁的能源无疑具有更大的诱惑力。经过多年的发展，太阳能电池的转换效率得到了很大提高，比如Sunpower公司即将在北美和欧洲上市的太阳能电池实现了19.3%的转换效率，其产品采用了一个由96个电池单元组成的电池组，可以获得最大为315W的功率，如果使用5~10个这样的电池组，再配合蓄电池或超级电容，就能满足绝大部分家庭日常用电的需求；三洋公司则刚刚报道了正处于研究阶段的能量转换效率为23%的太阳能电池。虽然太阳能电池的能量转换效率已经达到了前所未有的高水平，并且预期到2050年转换效率可以达到40%，但目前繁琐的直流→交流→直流转换却会浪费掉很大一部分来之不易的电力。
全直流供电与节能家庭
节能家庭是去年开始推广的一个新概念，旨在减低人们日常生活中的碳排放量，在节能家庭中，直流供电是一项非常关键的技术。日本厂商对节能家庭项目投入了极高的热情，比如夏普为迎接2012年创业100年，提出了“通过以节能、创能设备为核心的环境?健康业务，为全球做出贡献”的口号，其具体措施之一就是“DC环保家庭”。DC环保家庭可将太阳能电池发的电存储到充电电池中，直接用直流电驱动设备，因此没有转换损失。充电电池的容量用完后，就把家用电源转为直流电，只需转换一次，与传统的供电方式相比能够节省很大一部分电力。
2009年4月15日，松下在在东京都江东区有名的东京松下中心内，开设了倡导家庭实现真正的二氧化碳零排放生活方式的展示设施Eco Ideas House，该设施以节能、造能和蓄能三项技术为中心，采用了环保型家电产品、LED照明、燃料电池以及太阳能发电等技术，目标是3年~5年后实现二氧化碳零排放的生活方式。松下将1990年时，居住着三代、四口人、拥有两层楼的独立住宅家庭的二氧化碳排放量作为100％，并考虑了近年来产品拥有台数的增加和大尺寸化等因素，推算若利用迄今已上市的节能产品，则2009年的二氧化碳排放量可降至47％。松下还宣布，将于2010年上市直流及交流均可提供的混合配电盘，目前该公司正在开发家用直流供电系统。这些成果也将应用于Eco Ideas House之中。通过采用这些3年~5年后的节能产品，以及采用先进的保温和隔热材料，2010年以后二氧化碳排放量可降至35％。这35％的二氧化碳通过与燃料电池、太阳能电池和蓄电池的造能及蓄能效果相抵消，就可达到实质上的零排放效果。
日本东北大学研究生院环境科学研究系与NEC东金、住友商事及积水建房等公司，于2008年12月26日共同实施了将太阳能电池所发出的直流电直接存储至锂离子充电电池，并进行了以直流形式向家电供应积蓄电力的验证实验，展示了液晶电视、DVD播放器、室内LED照明灯及室外LED照明灯4种直流供电的电子产品。其液晶电视和DVD播放器使用了以12V电压供电的单元，LED照明灯通过24V供电单元直接供电。日本东北大学方面认为，通过构建这样的系统，能够减少电力转换次数，即使是阴天等只能发出微弱电力的场合也能通过锂离子充电电池逐步积蓄电力，与目前的家用太阳能电池系统相比，节能性更高。今后，相关方面还将开发对微弱能源进行回收的锂离子电池单元，并预计在2010年3月建成采用直流供电的实验教学楼。
全直流供电与绿色数据中心
除了在未来的节能家庭中有广泛的应用前景之外，全直流供电方式还可以用于工厂、学校、商业建筑等方面，比如绿色数据中心就可以采用全直流供电的解决方案。为了防止电力瞬间下降（或瞬间停止），现在的数据中心都配有具备蓄电装置的不间断电源装置（UPS）。电网提供的交流电经过一次交流-直流转换，变成直流电供给蓄电装置后，还要经过直流-交流转换成交流电，供给服务器等设备，然后在设备内部再次经过交流-直流转换，变成直流电之后使用。这样，电网提供的电力要反复进行3次交流电和直流电的转换，即使转换效率达到90％，经过3次转换也会造成约27％的电力损失。如果利用转换效率超过90％的交流-直流转换器在电网电力的供电口进行一次性转换，然后供蓄电池和设备使用，数据中心的电力消耗就可削减10%～20%左右，同时被削减的还有这些损耗的电力所产生的热，自然为散热而付出的制冷力及其能耗也被削减了，系统的能源利用率比单纯的提高转换效率更高。
早在2006年，美国能源部下属的劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL）就进行了以直流方式向数据中心的服务器供电的试验。据该实验室介绍，运行着多台服务器的数据中心所消耗的电力，相当于面积相同的普通办公楼的100倍，如果消除目前进行的交直流转换过程，每台服务器的耗电量至少可减少9.34％。除LBNL外，包括美国思科、英特尔、美国Nextek电力系统、日本NTT FACILITIES和Sun等共29家公司也参加这一试验。此次试验设置了在380V直流电压下工作的Sun服务器群和配备英特尔微处理器的服务器群。作为比较对象，还同时运行了配置相同，利用普通交流电运行的服务群。减少交直流转换过程，除了可以削减相应的设备费用外，还可减少发热量，降低数据中心制冷设备所消耗的电力。以直流方式运行的数据中心还可以使用太阳能电池、燃料电池等绿色直流发电设备，进一步降低碳排放量。
全直流供电的障碍
在相关公司和机构的演示中，全直流供电展现了极大魅力，并能切实降低碳排放，但想要推广这一技术可谓困难重重。首先，现有的电网和各类电器都是为交流电所设计，目前还没有厂商愿意冒着亏损的风险生产这些直流家用电器。其次，直流供电还缺乏相关的规范，包括电压、插头形式等等。此外，高压直流电同样要面对安全性等问题。想要推进直流供电，仅仅依靠几个公司是办不到的，或许只有世界各国共同努力才能做到。即使是目前正在大力发展这一技术的企业，对近年内实现全直流供电也不太乐观。夏普董事社长片山干雄表示，“非洲等海外地区（基础设施尚不健全的地区）或许会最先普及（直流供电）”。目前看来，全直流供电可能会分阶段实现普及，但这一过程将十分漫长。
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