直流电和交流电的发展史，以及有什么“优点”和“缺点”？

【专家解说】：高压直流输电方式与高压交流输电方式相比，有明显的优越性．历史上仅仅由于技术的原因，才使得交流输电代替了直流输电．下面先就交流电和直流电的主要优缺点作出比较，从而说明它们各自在应用中的价值． 交流电的优点主要表现在发电和配电方面：利用建立在电磁感应原理基础上的交流发电机可以很经济方便地把机械能（水流能、风能……）、化学能（石油、天然气……）等其他形式的能转化为电能；交流电源和交流变电站与同功率的直流电源和直流换流站相比，造价大为低廉；交流电可以方便地通过变压器升压和降压，这给配送电能带来极大的方便．这是交流电与直流电相比所具有的独特优势．直流电的优点主要在输电方面： ①输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的2／3～l／2 直流输电采用两线制，以大地或海水作回线，与采用三线制三相交流输电相比，在输电线载面积相同和电流密度相同的条件下，即使不考虑趋肤效应，也可以输送相同的电功率，而输电线和绝缘材料可节约1／3．如果考虑到趋肤效应和各种损耗（绝缘材料的介质损耗、磁感应的涡流损耗、架空线的电晕损耗等），输送同样功率交流电所用导线截面积大于或等于直流输电所用导线的截面积的1.33倍．因此，直流输电所用的线材几乎只有交流输电的一半．同时，直流输电杆塔结构也比同容量的三相交流输电简单，线路走廊占地面积也少． ②在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗． 在一些特殊场合，必须用电缆输电．例如高压输电线经过大城市时，采用地下电缆；输电线经过海峡时，要用海底电缆．由于电缆芯线与大地之间构成同轴电容器，在交流高压输线路中，空载电容电流极为可观．一条200kV的电缆，每千米的电容约为0.2μF，每千米需供给充电功率约3×103kw，在每千米输电线路上，每年就要耗电2.6×107kw·h．而在直流输电中，由于电压波动很小，基本上没有电容电流加在电缆上． ③直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而交流输电必须同步运行．交流远距离输电时，电流的相位在交流输电系统的两端会产生显著的相位差；并网的各系统交流电的频率虽然规定统一为50HZ，但实际上常产生波动．这两种因素引起交流系统不能同步运行，需要用复杂庞大的补偿系统和综合性很强的技术加以调整，否则就可能在设备中形成强大的循环电流损坏设备，或造成不同步运行的停电事故．在技术不发达的国家里，交流输电距离一般不超过300km而直流输电线路互连时，它两端的交流电网可以用各自的频率和相位运行，不需进行同步调整． ④直流输电发生故障的损失比交流输电小．两个交流系统若用交流线路互连，则当一侧系统发生短路时，另一侧要向故障一侧输送短路电流．因此使两侧系统原有开关切断短路电流的能力受到威胁，需要更换开关．而直流输电中，由于采用可控硅装置，电路功率能迅速、方便地进行调节，直流输电线路上基本上不向发生短路的交流系统输送短路电流，故障侧交流系统的短路电流与没有互连时一样．因此不必更换两侧原有开关及载流设备． 在直流输电线路中，各级是独立调节和工作的，彼此没有影响．所以，当一极发生故障时，只需停运故障极，另一极仍可输送不少于一半功率的电能．但在交流输电线路中，任一相发生永久性故障，必须全线停电．===另外提醒一下:在直流输电系统中，只有输电环节是直流电，发电系统和用电系统仍然是交流电． "交流電"與"直流電"之爭 在物理學中電學發展史上,曾經有過一場關于使用"交流電"還是使用"直流電"的激烈的爭論.提倡使用"直流電"的代表人物則是大名鼎鼎的發明家愛迪生;主張改用"交流電"的代表人物則是比愛迪生小9歲的後起之秀特斯拉。 發電機發明以後,電能就在工農業生産和日常生活的各個方面得到了廣泛的應用.起初是采用"直流電"的方式輸電和供電,由于輸電的電壓較低,所以在輸電線路上的熱損失就較大,因此每一平方英裏的地區就需要一個單獨的直流發電機供電,而且還要用大量較粗的銅線.為了解決上述的缺點,特斯拉發明了以交流發電機供電的"交流多相電力傳輸系統",由于使用變壓器以高電壓、低電流的方式輸電,就大大地降低了輸電線路上的熱損失,實現了遠距離輸電,從而不需要大量分散的單機供電,輸電導線的載面也大大地減小了。 從科學和實用的角度來看,使用"交流電"顯然比使用"直流電"優越,可以大幅度地降低供電的成本.因此,特斯拉的發明得到了一位富有的發明家兼金融家威斯丁豪斯的支持,付給了特斯拉100萬美元的專利費,為研制開發提供了資金,開設了"特斯拉電氣公司".但是多年來愛迪生的公司一直是投資開發直流供電系統的,不甘心就此讓位給交流供電系統,于是與特斯拉展開了一場激烈的競爭.但是,愛迪生所采用的競爭方式是不科學的,他和他的支持者們誣蔑說:"使用交流電比直流電危險得多".為了證明使用交流電的安全性,特斯拉專門舉行了記者招待會,他讓交流電從"特斯拉線圈"通過他的身體點亮了燈,記者們看得入了迷.紛紛承認了交流供電的優越性.最終這場競爭以特斯拉的勝利而結束.從此"交流供電系統"廣為社會采用。