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美國第一場自由能源之戰The Current War

愛迪生、西屋
愛迪生、西屋

文/ 鄭貞茂 台灣亞太產業分析專業協進會院士

電流大戰,始於兩個男人間的較勁

最近看到一部電影The Current War深受啟發,因此以這個主題跟大家分享心得。這部電影中文片名翻成「電流大戰」,current這個字在片名中是名詞,被翻成電流,主要是因為這部電影是在描述1880年代,直流電(Direct current,DC)與交流電(Alternating current,AC)彼此之間爭取成為電力主流的一段歷史故事,可說是美國歷史上最龐大,同時也是第1場能源戰爭。

這段歷史的主角有2名,分別是愛迪生(Thomas Edison)與西屋(或翻譯成威斯汀豪斯)(George Westinghouse),雙方都是當時的電力市場巨擘。另外還有一位最佳男配角特斯拉(Nikola Tesla),提供技術支援,並成為本次戰爭中最後贏家的關鍵,J. P. Morgan則是擔任金融配角。

歷史中的愛迪生:改良鎢絲燈泡

首先介紹愛迪生,他是家喻戶曉的發明家,雖然僅受過12週學校教育,但靠著勤奮以及對知識的熱誠,他成為超過1,000項專利的擁有者,比較著名的發明包括留聲機(phonograph)、電燈泡(electric light bulb)與最早的電影,其中燈泡正是電流戰的主角。

愛迪生並不是燈泡的最早發明者,根據文獻記載,燈泡最早可追溯至1800年義大利物理學家Alessandro Volta發明的伏打堆(voltaic pile,最早的化學電池),他利用鋅板與銅板中間夾著浸有鹽水的濕布或紙板產生電力,讓銅線產生微弱的光線,成為現代白熾燈(incandescent lighting)的起源。

然而經過幾十年的演進,燈泡的應用始終無法成真,主要的障礙在於燈泡無法持久。愛迪生在Vanderbilt家族以及J.P. Morgan的財務支持下,努力研究,終於製造出碳化竹燈絲,可持續使用超過1,200小時。

另一個天才般的男人出現:特斯拉

儘管完成燈泡的製造,要讓社會一般家庭從使用煤氣燈轉換成電燈,愛迪生仍有很大的路程要走。當時電力仍是很新奇的東西,要供應一個城市數以萬計家庭的燈泡用電,愛迪生不只需要發電廠,也需要傳輸設備。

1882年愛迪生設立了首家發電廠,使用110伏特直流電,供應曼哈頓地區59個家庭。但不久之後,愛迪生發現使用直流電的缺陷,亦即在電力傳輸過程中,隨著距離越遠,損失的電力就越高,因此直流電的使用者最好離發電廠距離不要超過1英哩。

這時候愛迪生僱用了我們的最佳男配角特斯拉,他後來被尊稱為交流電之父,基本上他就是一個專精於電磁場領域的怪咖。

當愛迪生找上他來解決直流電電力傳輸問題,他立刻提出使用交流電(AC)來做為解決問題的手段,但不被愛迪生所接受,後來雙方因為酬勞問題而分手,特斯拉後來轉投靠西屋,幫助交流電成為未來電力主流,這是愛迪生在這場電流大戰中所犯下的最大錯誤,讓他成為最後的輸家。

歷史上的西屋:擁有超過300項專利的企業家

接下來談談西屋,他雖然沒有像愛迪生名氣這麼大,但他的出身和愛迪生有點類似。從小家人親友就認定西屋是個難搞又不愛念書的傢伙,14歳輟學之後,他先在他父親的店打工,賺取每天50分錢的薪資,連他的父親也認為他是個懶惰的年輕人。但他之後峰迴路轉,19歲發明了旋轉蒸汽機(rotary steam engine),之後的發明包括使用壓縮空氣的車輛避震器以及火車鐡軌轉轍器,畢其一生他創立了超過60家公司,也擁有超過300多項專利。

1884年,西屋投入電力事業,剛開始他也是使用直流電系統,即便有次因緣際會接觸到交流電,西屋仍認為沒有辦法解決他的問題。直到有一天,他看到一則文章提到,可使用變壓器將發電機所產生的直流電轉換成交流電之後再傳輸電力,在這過程中不會有太多的電力耗損,等電力傳輸到家庭之後再利用變壓器將其轉換成直流電以供電燈使用。

西屋搭擋特斯拉,點亮10萬盞燈

這時候西屋看到未來的電力產業,他的電廠能設在較偏遠的地方,卻可以供應整個城市,而不必像愛迪生的電廠必須設在離使用者較近的距離。

之後在特斯拉的協助下,西屋在1893年成功的在芝加哥舉行的世界博覽會中點亮使用交流電系統的10萬盞燈泡,確立交流電取代直流電,成為現代電力主流。諷刺的是,特斯拉與西屋在1912年與1917年分別獲得美國電氣工程師協會的最高榮譽「愛迪生獎章」。

直流電真的戰敗了嗎?

電流大戰雖然告一段落,卻未完全結束。雖然交流電從19世紀到20世紀都是電力主流,但在21世紀也開始面臨到瓶頸。

科學家對直流電的研究從未停止過,例如高壓直流(high voltage direct current)的發明,透過整流器(rectifier)、晶閘管(thyristor)等裝置,同樣可以將直流電傳輸到長遠距離而不會產生大量耗損,甚至比交流電更有效率。

此外,新的再生能源發電方式包括風、太陽能等產生的電也都是直流電。再者,車輛用的電、電池的電、不斷電系統的電(UPS,uninterruptible power supplies)也都是直流電。

這場直流電與交流電的電流大戰看來還會持續下去。The Current War當中的current不只是名詞「電流」的意思,可能還有當形容詞的「現行的」、「流行的」雙關意思,看看這場戰爭何時才能結束。

(2019.12.13)

收錄於英語本文島English Island 2020年1月號
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