本文选取零碳园区为应用场景，通过对典型案例的深入分析，系统阐述了直流技术的减碳机制与潜力，同时探讨了直流化改造面临的技术与非技术层面挑战，并尝试提出具体可行的系统解决方案，为直流技术的应用提供理论参考和实践指引。
产业园区作为重点碳排放源，其绿色化、零碳化转型升级对实现“双碳”目标达成起到关键作用，2024年12月，中央经济工作会议首次提出将零碳园区纳入国家战略体系，这一举措引发社会各界的广泛关注，与此同时，“如何建设好零碳园区”这一关键性问题成为社会讨论热点，从《关于全面推进美丽中国的建设》到《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》等一系列政策均在指向一个共同的、关键的实现路径，那便是能源结构优化。在这一转型升级的过程中，直流技术凭借相较于传统交流配电系统更为突出的高效性、灵活性、强兼容性、低损耗性等诸多优势一度成为各类零碳园区建设中实现减碳目标的关键技术，目前，我国已建设运行超300个工业绿色微电网项目，提出全新解决方案的同时，也面临着一些前所未有的挑战。
1 直流化改造的减碳机制与潜力分析
相较于煤炭、石油、天然气等其他传统的不可再生能源，电力作为二次能源具备更清洁、高效、灵活、普适等特点，已经成为社会各领域用能主要形式。根据国家能源局发布的统计数据，全社会的用电量连年增加，其中2024年第二产业占比高达64.8%。在双碳背景下，由于全社会用电量的持续增长需求，光伏、风力等新能源发电随之实现快速增长，直流技术的应用更是新能源发电大趋势下尤为关键的一环，具有低损耗、高消纳、柔性灵活的特点。
1.1 减少能量转换损耗
部分新能源发电如光伏、燃料电池等直接产生的是直流电，若需接入电网或用电设备，则必须转化为交流电，经历“新能源直流电→逆变器→交流电网→整流器→直流负载”的多级转换。直流电与交流电直接频繁的转换环节所造成的能耗损失常常成为在传统能源系统中容易被人们所忽视的“隐形碳足迹”来源，而直流化改造通过构建直流母线架构，实现“源—储—荷”的零损耗直联，从根本上消除了不必要的交直流转换环节，显著提升了能源利用效率从而降低碳排放。例如，由永泰数能承建的“华润电力智慧能源研发中心光伏储能直流微电网工程”充分利用园区屋顶、车棚及建筑幕墙部署163.524kWp光伏组件，搭配250kW/500kWh储能系统，形成“自发自用，余电储存”的清洁能源闭环，全直流架构避免了逆变、整流过程中的能量损失，这是直流技术的直接减碳机制。
1.2 提升新能源消纳能力
交流电网虽然对于传统发电方式而言具备稳定性强、易于传输等诸多优势，但在接受消纳具有波动性强、分布广泛特点的新能源发电时，却表现出了稳定性不强、传输瓶颈、灵活性低、高经济成本、技术难兼容等一系列核心不足。例如，新能源缺乏物理旋转质量，而交流电网依赖同步发电机转子惯性缓冲功率波动，二者之间的矛盾导致在风力发电强度发生骤降时，极易导致电压闪变问题，增加了系统风险，而直流系统，尤其是柔性直流技术对于电压波动则具有更强的耐受性。由于资源禀赋等因素，风电、光伏之类新能源发电基地多位于偏远地区或远岸海域，交流电抗性损耗随距离增加而增加，同样给新能源发电的消纳造成了阻碍。柔性直流技术对新能源消纳边界的拓展，将交流电难以利用或利用损耗率高的新能源发电以更高的效率和容量利用起来，提升了清洁能源在整体能源结构中的占比，提升了园区内新能源渗透率，这可称之为直流化技术的核心减碳机制。
1.3 增强系统灵活性与韧性
当园区电力系统中某个区域发生故障时，传统交流电网会由于故障电流难以控制和系统的同步互联造成难以逆转的连环反应，而直流微电网技术可以通过电力电子变换器的智能隔离能力和分布式架构特性，将出现故障的区域形成与其他部分相对隔绝的独立小系统，即所谓的“独立运行孤岛”，避免故障扩散引起的连环反应，大大降低了系统停运风险。当传统交流电网故障造成系统停摆时，为了维持常态供电往往会启动高碳排放的备用电源，从而造成难以估计的巨大碳排放，例如，在2019年加州停电事故中，备用柴油机单日排放14万吨二氧化碳，这相当于30万辆汽车年排放量。随之而来的电网重建也隐含着大量的钢铁、铜材等高碳材料的生产，直流系统可采取“故障区孤岛运行→本地风光储维持供电→区域维修并恢复电网常态运行”的对策，有限阻断“故障→火电启动→排碳”的连锁反应，这一点是直流系统重要的潜在减碳机制。
2 直流化改造面临的技术与非技术挑战
虽然直流技术具有上述诸多优势，但该行业目前仍处在前期探索阶段，同样面临着一些技术与非技术方面的难题与挑战，为更好地应对挑战，应该从短期、中期、长期谋划发展策略。
2.1 系统集成与稳定性挑战
目前，直流电压等级未统一导致直流系统往往需要兼容不同电压等级，如常见的750V、480V等，这为园区的电力控制系统提出了更精确的要求，在复杂的系统构成中，需做到不同电压设备的合理功率分配以保障系统各部分的正常运行。另外，由于直流系统与传统交流系统之间电流特性存在较大差异，需要研发更适应于直流应用场景的保护设备，核心难点在于要能够应对直流系统故障时电流上升速度更快的特点，同时对装置提出了更高的响应速度，甚至达到微秒级，若无法达到较高水平，则很难避免故障造成的系统及设备损坏。
2.2 技术标准协同难题
由于国家标准制修订周期长等限制，目前，零碳园区直流系统建设仍然缺少统一的国家标准，而不同的地方标准则是基于各自地域发展的优势编制形成的，这就不可避免地造成了“各地割据、各自为政”的局面，衍生出了电压等级混乱和性能评估差异大等突出矛盾。例如，内蒙古地方标准推荐110kV直流并网，而雄安园区采用750V低压直流，上海固特试点则选择±10kV中压直流。未来，电压等级的差异在全国层面必将导致设备接口无法兼容，从而增加系统集成成本。另外，中国节能协会《零碳园区评价技术规范》将“单位产值碳排放”作为核心指标，而LEED-Zero认证更关注可再生能源占比，标准的不同导向会使企业面临多重技术研发负担。
2.3 项目经济性挑战
零碳园区的整体直流化改造包括柔性直流换流阀、DC/DC变换器等核心设备及储能配套设备等多个构成部分，应用规模大、前期投资高。华润东莞项目的250kW/500kWh储能系统结合直流母线，总投资高达870万元，其资本密集与投资回报周期长的特性成为中小零碳园区建设的一大重要阻碍，加上目前我国尚未明确细化对于直流电网的补贴政策，虽然国家发改委《加快构建新型电力系统行动方案(2024—2027年)》强调新能源外送，但仍未明确直流配电的具体支持措施，未能明显有效降低零碳园区建设中直流化技术应用成本。
3 直流化改造的系统破局与创新策略
3.1 技术革新过渡策略
目前，直流技术处于探索和快速革新时期，首先需要明确现存的技术性挑战在系统中的定位，将核心阻碍问题放在解决的优先级，随着关键问题的解决可能一些附加问题也能够迎刃而解，可以避免技术研发重复性，节省技术创新成本。对于遇到极大技术阻碍的零碳园区，建设中可推行“交直流混合配电”的折中过渡方案，既可以有效发挥直流系统降碳优势，又可降低系统改造风险，如山东泰安工业微电网采用电能路由器实现光伏能量智能调配，自用率从50%提升至90%，为交直流混合零碳园区建设提供了成功经验。
3.2 标准构建与认证引导
此类标准体系不统一、上层标准缺乏、下层标准指标多重性的问题是新兴技术在探索阶段的必然现象。为应对此现象，可以以国家标准、行业指南以及国际互认认证的三级保障体系为探索路径，构建全国层面统一电压带、接口协议及安全防护等级划分等重要核心指标，并在行业层面制定更专业深化的技术指南，最终打通国际互认通道，这将成为行业长期发展的必然之路。目前，国内已有关于直流减碳核算的技术突破，如鄂尔多斯园区联合哈佛商学院开发的“直流减碳因子”算法(1MWh直流消纳=0.85tCO2减排)，已提交IPCC方法论委员会评审，有望成为国际认可的碳核算工具，这一突破也将为未来实现国际互认打下坚实基础。
3.3 商业模式与政策协同创新
可持续的零碳园区直流化改造需构建“政策激励—市场机制—金融工具”协同生态，国家或地方对零碳园区直流设备投资明确补贴政策，引导零碳园区建设过程中投资的积极性，同时联合金融机构，借助金融工具，探索“碳汇质押+直流改造”融资模式，将未来减碳收益转化为当期信贷资源。例如，甘肃-浙江±800kV特高压工程，通过建立“西电东送+东数西算”跨区联动，在东部园区部署直流算力中心，消纳西部绿电，通过绿证交易对冲输电成本，实现区域减碳协同优化。
4 结语
综上所述，直流化改造作为目前零碳园区建设的关键技术路径，减少能量转换损耗、提升新能源消纳能力、增强系统灵活性与韧性分别是其直接、核心及潜在减碳机制，均存在显著的减碳潜力。与此同时，直流技术正处于探索与快速发展期，面临着技术碎片化、投资高、回收周期长、系统集成复杂度高等多种挑战，这些挑战一方面阻碍技术的进步与应用扩散，一方面也为产业发展指明了方向，即需建立“技术驱动-标准引领-资金配套”三位一体多方协同创新支撑体系，在此支撑下，直流化改造才能真正成为零碳园区建设的核心引擎，为我国乃至全球的碳达峰碳中和目标提供可复制的解决方案。
索比光伏网 https://news.solarbe.com/202508/7/50005611.html
