對碳排放引起的氣候變化問題的重視使得人類社會必須在今后有限的時間內盡快做好兩方面的工作。一方面,為了有效控制人類社會的能量消耗總量進而控制和減少消耗中產生的溫室氣體和污染物質,人類社會使用的能源中必須越來越多地提高電能所占的比例。
當然,電氣化所帶來的裝置和設備整體性能的顯著提升也是這方面發展的重要驅動力。美國能源部預計未來20至30年內,美國所使用的能源中電能所占的比例將從目前的40%左右提升至80%左右。
另一方面,從電能的來源來看,必須減少對碳排量較高而儲量有限的化石能源的依賴,大幅增加低排放而可再生的能源所占的比例。美國計劃在未來20至30年內將能量來源中可再生能源和核能所占的比例由目前的20%左右提升至80%左右。
更多地采用基于微網形式的分布式電能系統更多地采用基于微網形式的分布式電能系統的理由在于兩個方面:一是目前風能、太陽能作為可再生能源的兩種主要形式,其資源分布具有廣泛而分散的特點,若采用可再生能源作為電能的主要來源,分布式發電在電能生產中所占的比例必然會越來越大。
二是采用基于微網形式的分布式電能系統,實際上是實現了能量來源的多源化和本地化,必將顯著提升電能系統的供電可靠性,并大幅減少電能在遠距離傳輸過程中的損耗,這一點更為重要。
此外,隨著近年來各種便攜式設備、物聯網設備和無人機、移動機器人等可移動自動裝置和機器的迅猛發展,各種可離網的、自供電的裝置、設備或車輛將越來越多,這些顯然也是基于“迷你”微網形式的分布式電能系統的典型例子。
更多地采用直流方式進行輸配電傳統上在遠距離、大容量輸電領域直流輸電方式占有優勢,未來還有兩大因素將會促使電能越來越多地以直流方式輸送和分配。一是在電能系統的“源”和“流”這兩端,即電能的生產和使用這兩個環節,越來越多地采用直流方式。在電能的生產環節,隨著太陽能光伏發電、燃料電池發電、可充電電池發電等越來越多的應用,更多的電能將以直流方式生產。
在電能的使用環節,隨著信息技術和商業活動、日常家居生活電子化的飛速發展,電子裝置和設備占總用電量的比例越來越大,而電子電路最終也是使用直流電能的。既然源和流這兩端都越來越多地采用直流方式,輸送和分配環節采用直流方式而省去交直流轉換環節也就成為效率更高、成本更低的合理選擇。
二是在電能的輸送和分配環節,在水下輸送和地下輸送等不能采用架空線而只能采用電纜的場合,直流輸送不受電纜寄生電容影響的優勢就顯現出來,特別是在海上電能輸送和大城市電能配送這些典型應用場合。