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超級大國并沒有超級電網 美國或將建設特高壓
來源:電新深度觀察 | 0評論 | 5988查看 | 2017-08-10 09:30:00    
  能(neng)源結構決定中美電(dian)(dian)(dian)網差異(yi)化形(xing)態。①東部電(dian)(dian)(dian)網地(di)(di)(di)區因靠近美國主(zhu)要煤(mei)、氣供應(ying)地(di)(di)(di)而以煤(mei)炭和(he)天(tian)然(ran)氣發電(dian)(dian)(dian)為主(zhu)。②西部電(dian)(dian)(dian)網地(di)(di)(di)區則因靠近科羅拉多山(shan)系(xi)和(he)河流(liu),分布有落基山(shan)脈等地(di)(di)(di)勢落差很大(da)的山(shan)體,主(zhu)要以水電(dian)(dian)(dian)裝機為主(zhu)。山(shan)脈地(di)(di)(di)形(xing)客觀(guan)上也阻(zu)礙(ai)了西部電(dian)(dian)(dian)網對(dui)外聯結的發展(zhan)。③南部的德(de)克薩斯電(dian)(dian)(dian)網處于頁巖氣盆(pen)地(di)(di)(di)所(suo)在地(di)(di)(di),天(tian)然(ran)氣發電(dian)(dian)(dian)一家(jia)獨大(da),形(xing)成了區域內的獨立小電(dian)(dian)(dian)網。

  美國電網在建設之初便是分散破碎的。美國的電力產業結構非常復雜,尤其是電網的產權結構支離破碎,分散掌握在超過五百家的公司與組織手中。再加上電力產業的自然壟斷性質,每一家電力公司都是當地的行業壟斷者。而美國憲法高度重視對私有財產權的保護,不能隨意干涉電力公司的經營。而在中國,國家電網公司和中國南方電網公司已經在特高壓技術上形成了壁壘。目前,中國已投運的特高壓線路共13條,其中國家電網已投運的特高壓線路超過10條,南網投運2條。通過特高壓建設將使中國電網連成“一張網”。

  美國輸變電主網投資在20世紀70年代至90年代處于停滯狀態。美國輸電網投資自20世紀70年代以來一直處于停滯狀態,且長期滯后于電力需求和發電裝機容量的增長。原因在于:①美國聯邦制下跨州輸電項目建設需要多個州的監管部門同意,多個聯邦政府部門之間的協調難度較大,且行政審批程序復雜、耗時長,最終獲準門檻高。②輸電網項目相較于其他投資項目,具有回報率低,建設周期長等特點,因而比較缺乏投資吸引力,所能籌集的輸電項目建設資金規模有限。③美國已經完成了工業化、城鎮化,經濟發展速度趨緩,電力需求也增長緩慢,使得電網建設驅動力不足,因而在20世紀中期完成迅速擴張后開始停滯。美國電網投資在1975-1999年逐年下降,平均每年下降8600萬美元,直到2005年才恢復到1975年的投資水平。

  美國沒有特高壓輸電線路,未來是否建設尚不明確。山地地形決定美國電網區域分布特點,相互各自獨立,電網聯結需求較小,建設難度較大,美國也曾嘗試特高壓建設,但聯邦制下美國各自為政的區域化電網結構很難做到全局統籌兼顧,因此美國特高壓遠距離輸電網建設的阻力較大。出于電網升級的需求,和來自中國特高壓技術成功實踐的影響,美國政府高層對特高壓建設持支持態度,未來有可能建設特高壓。

  1.特斯拉不僅是汽車,更是電網先驅

  1.1馬斯克將公司命名特斯拉

  20世紀特斯拉是電力商業化的鼻祖。尼古拉˙特斯拉(1856/7/10-1943/1/7,塞爾維亞裔美國人)是交流電、無線電等的重要創造者和推動者,公認為是電力商業化的鼻祖。特斯拉發現了無線傳輸電能的理論,以空氣作為能量的導體。他的理論與社會工業資本對立,具備顛覆所有電力公司的能力,受到愛迪生排擠,沒有得到實踐空間而被扼殺。


  馬斯克將公司命名為特斯拉是為了向科學家和工程師致敬。據《在火星上退休:伊隆˙馬斯克傳》,作者呈現了很多馬斯克不為人知的秘聞,其中包括為什么要以“特斯拉”作為公司的名字。2004年2月,五位創始人用尼古拉˙特斯拉的名字,命名為特斯拉電動汽車公司,紀念他們眼中偉大的物理學家尼古拉˙特斯拉,特斯拉的顛覆性意義隱藏在“特斯拉”這個名字中,即伊隆˙馬斯克的終極夢想:用電動車結束人類對石油的依賴。馬斯克說,將公司命名為特斯拉,是為了向偉大的科學家和工程師致敬,這比馬斯克汽車的名字酷多了,我永遠也不會拿我的名字命名任何公司。


  1.2交直流大戰確立特斯拉交流電的主導地位

  美國“交直流大戰”確立了特斯拉交流電的主導地位。由于具備遠距離傳輸損耗更小等優勢,他的交流電體系打敗愛迪生的直流電,在西屋電氣公司的資助下成為了美國的供電標準。特斯拉的交流電最終成為各個國家最通用的電流形式。雖然特斯拉和他的交流電最終贏下這場戰爭,卻因為和愛迪生之間無止境的消耗戰,讓特斯拉和他的贊助商瀕臨破產,但特斯拉為了讓全人類享用成果,沒有選擇申請專利,最終欠下JP摩根巨額債務。


  愛迪生與特斯拉交直大戰不可避免。19世紀80年代初期,愛迪生因將電引入人們的生活而在美國家喻戶曉,他建成的輸電系統使用的均是直流電(DC)。1884年,28歲的塞爾維亞人特斯拉手握巴切羅寫給愛迪生的推薦信,飄洋過海來到美國紐約順利見到了愛迪生。在他為愛迪生的公司工作期間,愛迪生曾口頭許諾:如果特斯拉能夠改進公司渦輪機的設計,將為他提供五萬美元的報酬。而當特斯拉出色地完成任務后,愛迪生卻食言了,并聲稱之前只是玩笑之言,“特斯拉,你不懂我們的美國式幽默。”特斯拉便離開了愛迪生的公司,就此種下了交直流大戰的種子。


  19世紀末特斯拉獨自將交流電技術嘗試商業化。在特斯拉離開愛迪生之后,便開始針對交流電的產生、輸配和使用進行了一系列的發明和技術革命,1887年,特斯拉注冊了交流電的專利,1888年,交流電(AC)技術投入市場。與直流電相比,交流電系統具有可高伏輸送的優點,電流輸送范圍更廣,輸送效率更高,所使用的導線更細,減少了銅的消耗。遠距離傳輸也減少了電站的數量,建設成本也更低。彼時,交流電與直流電大戰也拉開帷幕。


  特斯拉交流電最終贏得勝利,最終成為各個國家最通用的電流形式。在交流電與直流電之爭熱烈上演的歷史中,有兩個事件可以稱為特斯拉對愛迪生的漂亮反擊:

  ①特斯拉親身試電

  1893年,歷史上第一次電氣交易會哥倫比亞博覽會進行招標,這對于愛迪生和特斯拉來說,是交直流大戰中的重要一役。最初以愛迪生為代表的通用電氣報價180萬美元,使用直流電發電系統,但很快就被主辦方駁回,因為這一報價遠遠超出其預算。于是愛迪生狠下心把報價壓縮到55.4萬美元,正當他胸有成竹、勢在必得之時,威斯汀豪斯帶領的西屋電氣以39.9萬美元的超低價格成功中標,而他使用的是特斯拉發明的交流電系統。在展會上,特斯拉為了反駁愛迪生散播的交流電有致命危險的言論,一手高舉磷光燈泡,另一只手摸向電門,以自己的身體為導體,點亮了手中的燈泡。對手的誹謗不攻自破,參會者都為之嘆服。


  ②攻克交流遠距離輸電難題

  1897年,第一座位于尼亞加拉瀑布的水力發電站建成,成為了35公里外紐約州水牛城的主要供電來源。愛迪生的直流電系統面臨遠距離傳輸敗下陣來,而特斯拉專門設計的交流電發電機運用交流電輸電技術,用高壓實現了遠距離供電,徹底解決了尼亞加拉水電站遠距離供電的難題。如今的尼亞加拉大瀑布的公園中還豎立著一座特斯拉的銅像。經此一役,也確立了交流電的主導地位,在與直流電的大戰中贏得勝利,并一直保持到今天。


  2.能源結構決定中美電網差異化形態

  2.1中國能源資源稟賦形成大一統電網

  多煤貧油少氣決定了中國以火電裝機為主。①中國的煤炭資源豐富,據《世界能源統計回顧2015》數據顯示,中國能源消費結構中煤炭占比高達66%,約為天然氣和石油消費總量的兩倍。②依托于中國豐富的煤炭資源,發電裝機結構中火電占據主導地位。
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