美国电力系统可能要学中文?中文,或将成为一个重要作业用语

我是管理员2023-01-23 06:54:02工具4

今年西半球的气象有点反常。

缺气缺能源的欧洲,恰好赶上了一个罕见的暖冬,把俄熊急得直跺脚。

结果,就有阴谋论认为,如此暖和的欧洲冬天,那一定是美国人搞出的气象武器,专门用来恶心俄罗斯的。

这个...只能说,美国人要真有这么厉害的本事,还是先处理下自己国内的气象灾害吧……

最近一阵子,美国这边,受到持续暴雪的影响,航班停运,大片断电,即便有电的家庭,也要面临不断飙升的电价,日子并不好过。

可以说,美国庞大且历史悠久的电力系统,已经从曾经的骄傲和辉煌,成为了美国基建的一大软肋。

历来,各种极端气候导致的大规模停电,在美国并不鲜见。除了目前美国人正经历的,还有2021年初,寒潮过境时,德州的大面积电力瘫痪。

那时候的德州,突然而至的低温让水管结冰破裂,房屋直接变成了“冰窖”。作为美国的“南方人”,并没有取暖经验的德州居民在断电的环境中,只得在屋里烧劈叉取暖,结果有人一不小心,竟然烧掉了房子;另外,还有人冻得实在受不了了,进入车里取暖,结果一氧化碳中毒而亡...

更让人奇怪的是,除了天气因素的影响,就算是平日里风调雨顺的环境下,甚至在适逢一些重大活动的关键时期,美国各地的电力系统,也经常“咣当”一下,就撂挑子了。

比如,2019年7月13日,美国纽约市长竞选的节骨眼上,作为全球一大经济金融中心的纽约市,就毫无征兆地停了一晚上的电。

当晚百老汇的所有演出,大明星们的演唱会都不得不在一片黑暗中尴尬的提前结束。

2019年7月13日晚,漆黑一片的纽约市

据后来的调查结果报告,停电是因为设备过于老旧,变压器起火所致。纽约电网的基础设施,不少竟然还是一个多世纪前的老设备,修修补补,坚持用着。

据统计,美国是世界上发达地区中,停电频率最高的国家。

事实就是这样的尴尬,一个早在半个多世纪前就能登上月球的顶级强国,在2020年代,还会经常遭遇大面积停电。

在美国,提供水、电、燃气的这类大众生活必需品的,大都是私营企业,而且很多属于上市公司,它们统一被归进一类叫做“公共事业”(public utilities)的板块。这也是美国养老金的一大主要投资领域,属于稳赚不赔,闷声发大财的行业。

也正因为被资本主导,所以美国的电价是浮动的,2021年初德州寒潮的时候,当地电价直接飙涨了200倍,从一度电几美分,涨到了6.6美元。

德州居民提供的天价电费账单截图

不过,即便美国电力都是私企,但作为“公共事业”板块,他们关系着国计民生,又有区域性垄断,角色非常重要。因此,水电这类企业,均要接受美国政府的调控和监管。

但是,政府的监管,在执行力度上,往往是比较弱的。

这其中,既有主观原因,也不乏短期内没办法改善的客观条件限制。

还拿2021年初,德州寒潮引发的停电举例。

仅2021年2月15日的断电,就影响了至少250万用户。当日,德州进入“电力紧急状态三级警报”,各地区轮流拉闸限电。

随着断电,水也停了,德州居民只得融化雪水解渴,然后就不停地腹泻。

经过各种官场上和程序上的“扯皮”,在连续的严寒天气导致几十使人死亡后,2月20日,拜登总统批准得州进入重大灾难状态,德克萨斯这才开始获得联邦政府和其他各州的电力支援。

美国电力系统可能要学中文?中文,或将成为一个重要作业用语

然而,这个“一方有难,八方支援”说起来容易,但放到美国电力系统,做起来却非常棘手。

长期以来,全美一共被这三个电网覆盖,但跟咱们中国不同的是,它们各自独立,互不连通,连电线都没有搭在一起。

从上图也可以看出,作为美国能源大州的德克萨斯州,它的电网是自成一体的。平日里,这正是德州引以为傲的地方,但一旦遇到事儿,就很麻烦了。

因为和周边电网互不兼容,即便政府要求“八方支援德州”,其他州也很难马上跟进。

而且,就算是对于电网内部的各州县市而言,考虑到输电成本,它们也很难被统筹规划。

全美的三大电网共有3000多家电力企业,各家电力公司在考虑对电网设施的投资、维护时,“经济回报率”都属于他们首要考虑的问题。

因此,在电网“支援建设”上做过多的投资,并不划算,“支援”过程中还会产生大量浪费。一旦出现紧急事故,企业之间互相支援的意愿并不高,协调难度更是相当大。

于是,特高压直流输电改造,就被美国联邦政府提上了日程。

大家都知道,电力传输起来并不难,弄根儿电线就行,但是,进行高效率传输,却很有难度。从欧姆定律我们知道,线路越长电阻越大,电阻越大,电传输过程中的损耗就越大。美利坚这样幅员辽阔,很多地区人口密度不高的国家,大量电能,都浪费在了路上。

对于这种损耗,目前的解决方法就是,降低电流。因为电线电阻是固定的,那想要降低电流就只能提高电压,即,交流升压输电技术逐步取代直流输电。

这就是咱们经常听说的“特高压”。

具体是指,直流800千伏或交流1000千伏电压以上的输电技术,相较于已有的输电技术,特高压的优点就是实现长途高效输电,能量损耗低,电网传输工程用地面积少,可以被看做是电力输送的超快高速公路。

然而,即使现代电力发展了这么久,多数国家所掌握的,也仅限于超高压技术,其中就包括美国。

比如,按照现在美国的超高压技术,从南方的德州到美国另外两个电网的主要供电点,距离大约是1500公里,这么漫长的路线,就算是经过联邦政府协调,电网连通了,等把电送到德州估计也没剩啥了,几乎都消耗在了半路上。

但如果换作特高压,那就不一样了。它效能高,损耗小,经济传输距离可以达到3000公里以上。

假设,如果美国能充分掌握和利用特高压技术,白天美国西部的光电、水电可以往东传输;太阳下山后,东部的风电、火电又能往西传输。这样就可以互联互通,充分利用,节省了大量化石燃料。

尴尬的是,这方面的东西,美国必须向也正在像中国学习。

因为在这个领域——中国标准就是世界标准。

很大程度上,正是中国的基本国情,激发我们的特高压技术。

中国的电力生产和消耗在地域分布上,很不平衡。

上图这条从黑河到腾冲的线,叫做胡焕庸线。中国94%的人都生活在这条线以东,产出了90%以上的GDP,但可用的能源却只有5%不到;而广袤的西部地区却拥有大量的风能、水能和太阳能。

也就说,主要发电供给区和用电需求区之间,相隔了数千公里,超高压几百公里的输电范围根本不够。

那么,为了统筹全国电网,特高压技术的研发和布局就成了一件国家大事。

可以说,这是一场可能不会得到任何回报的探险。技术上,上世纪八十年代,美国苏联这些科技大国都在各种权衡之下,放弃了相关尝试,这也足以说明特高压技术之难。

而相关技术上的难题,主要就集中在了绝缘材料方面。

特高压技术,看似不难理解,就是提高电压。但最麻烦的问题是,当电压高到一定程度,任何东西都有可能变成导体。

美国曾搞出过陶瓷绝缘材料,因为太过笨重,成本非常高,最终没有付诸实施,只得凑合着用早前的超高压技术。

美国人可以接着凑合,但中国人不行。

中国的科研团队成功开发出了一种绝缘纸材料,通过大量绝缘纸叠加,最终成功完成特高压1150千伏电压以上的绝缘效果,把变压器重量从7000吨降到500吨,并且方便裁剪,可以适应各个元件的不同形状,从而解决了这一世界性难题。

更厉害的是,咱们制度优势,不会被“短视”的资本控制和左右,能集中资源干大事。

比如,我国很多偏远的地区人口稀少,条件艰苦,工业基础薄弱,相关建造电网的成本,很有可能后面的几代人都收不回来。但我们依旧在尽力地保证每家每户都能够通上电。

青藏高原环境恶劣、人烟稀少。但风雪再大,也阻止不了国家电网的工人爬上几百米的高空,把电线拉进每户藏民的家里——雪域深处可能缺氧,但不会缺电。

这搁到美国,可是想都不敢想的事情。

在国内看,截止到2015年底,中国就创下14亿群众完全通电的奇迹。

放眼国际,到了2018年年底,中国已经凭着“一己之力”生产出了全球1/4的电量。

如今,我国的国家电网控制着几乎全球所有的特高压电路标准,投资了大量境外电力项目,特高压技术堪称一骑绝尘。

各国发电量增长对比,中国的逆袭

那么,在中国掌握行业话语权,成为主要行业标准制定者的情形下,如果美国想要升级特高压,也只能采用我国标准,熟练掌握中文作业用语了。

除此以外,目前看,似乎真的没有什么其他的选择。

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