托馬斯·愛迪生的直流系統可能成為連接電網的關鍵-彭博社

Stephen Mihm

僵局。

攝影師：Nathan Howard/Bloomberg

情況複雜。

攝影師：Graeme Jennings/Washington Examiner/Bloomberg

美國電網陷入困境。在人工智能和雲數據中心不斷增多、加密貨幣挖礦持續進行、以及太陽能電池板或電池工廠擴張的背景下，能源需求激增給我們的電力容量帶來了嚴重壓力（而且這還是在考慮到我們努力跟上全球變暖的情況之前）。但是，關於我們未來電力困境的討論往往忽視了一個事實，即電網最大的問題之一實際上是，它並不是一個真正的電網。事實上，美國的電力是由一系列相互隔離的小型網絡供應的。因此，雖然我們目前總體上能夠產生足夠的電力，但一個地區的多餘能源無法輸送到另一個電力不足的地區。我們是如何最終擁有一個支離破碎的電網的歷史，以及以前的幾代人是如何嘗試連接它的，揭示瞭解決這個技術問題有多麼困難。但它也指向了一個不太可能的解決方案，將我們帶回到電氣化的早期。

彭博觀點歐洲和英國需要全面備戰特朗普過多 — 還有一點通貨膨脹對通貨膨脹保持信心，但準備好失望開始對奶業工人進行禽流感大規模檢測19世紀末首次嘗試傳輸電力對抗 兩種不同的系統。第一種是托馬斯·愛迪生的直流（DC）系統，它將電力從發電機傳輸到用户，只能單向傳輸。這並不理想 — 電壓會隨着傳輸距離的增加而消散，而且DC線路在改變電壓時會出現問題。

愛迪生輸給了尼古拉·特斯拉，他開創了交流（AC）電力。這種系統產生的電力不是單向流動，而是定期改變方向。特斯拉和他的合作伙伴喬治·韋斯汀豪斯證明了AC電流可以在更長距離上保持相同的電壓，尤其是在更高電壓下。

這些特點引發了一場革命。在一個地方產生的電力可以轉變為高電壓，通過輸電線路發送，然後再次轉換為更易管理的電壓級別，逐漸到達最終用户。第一個成功的商業應用發生在1895年，當時電力線路輸送了由加利福尼亞福爾松水電站發電的電力到離其15英里遠的薩克拉門託。

這可以説是最終被稱為電網的開始：一個互相連接的發電站、變壓器、高壓輸電線路、包含更多變壓器的變電站，以及將電力分配給工廠、住宅、有軌電車和其他用户的輸電線路。

早在1911年，Robert A. Philip 向他的電氣工程師同行們遞交了一篇論文，宣稱“兩個系統的互連預示着未來會與第三個和第四個系統連接。這種無限延伸導致了一個巨大系統的概念。” 在場的另一位工程師表示同意，指出這提高了“全國範圍網絡”的可能性。

到了20世紀20年代，美國在實現這一願景方面取得了一些進展。在美國東部，十一個大型公用事業公司組成了一個所謂的電力池，連接了各自的網絡，使它們能夠相互共享多餘的電力。這個集體被稱為互連繫統組，開始吸收較小的網絡，創造了最終成為最大單一電網的情況。在全國其他地區，其他地區的電網開始凝聚。

正如歷史學家朱莉·科恩所指出的，這個過程是在沒有任何中央指導或控制的情況下進行的。即使在1930年代聯邦政府開始更積極地推動電氣化和互連之後，首先作為一個新政項目，後來作為向戰時工業供電的手段，這一點仍然如此。

到了1950年代，美國本土有三個獨立且不同的電網。互連繫統組為洛磯山脈以東的大部分州以及加拿大提供服務。一個較小的電網為西部各州提供服務，而最後一個電網為德克薩斯州提供服務。這個州對聯邦監管持強烈懷疑態度，主要存在作為一個電力孤島，與國家其他地區隔絕。

正如Cohn所指出的那樣，這種安排被許多人認為是有問題的。分散的電網意味着多餘的電力被浪費，削弱了效率，使電力對消費者更加昂貴。它還使得一個地區在緊急情況下無法幫助另一個地區 —— 比如，當德克薩斯有多餘電力而東北部面臨暴風雪時。

1962年，聯邦電力委員會主席Joseph Swidler悲嘆美國“可能是世界上唯一沒有協調的國家電力系統的文明國家。”在那十年的過程中，東部和西部電力聯盟的代表開始制定連接他們系統的計劃。

直到1967年2月2日，北美電力系統互連委員會的工作才被很少人理解，當時兩個最大的電網開通了所謂的互聯，電橋標誌着它們之間的第一個真正連接，儘管連接的規模有限，限制了電力共享的數量。

這個實驗，一個工程師描述為“大象跳芭蕾”，很快凸顯了與校準從東海岸到西海岸的機器相關的技術挑戰。為了讓這兩個地區共享電力，它們需要遵守相同的電氣頻率，即每分鐘交流電流改變方向的次數。

雖然東部電網的效用通常保持穩定的頻率，但它們的西部同行表現不佳，拉緊了互聯線。在多次嘗試讓大象一起跳舞失敗後，電氣工程師們放棄了這個實驗，於1975年斷開了兩個電網的連接。

從那時起，將多餘電力從一個國家的一部分轉移到另一部分的需求只增加了。例如，考慮一下2021年德克薩斯州的困境，當冬季風暴關閉了該州大部分孤立的電網時，使其無助，無法從其他地方進口電力。

在一個歷史諷刺的細節中，最有希望創建真正的全國電網的方式最近被認為是恢復愛迪生的直流系統。

一項有前途的研究得出結論，電網之間的高壓直流連接 —— 儘管以有限的方式已經存在 —— 可以提供一種解決頻率問題的方法。這些連接將臨時將交流電轉換為直流電，從而避免了需要保持相同頻率的問題。系統然後可以在電壓從一個電網轉移到下一個電網後切換回交流電。聯邦政府現在正在資助更多研究來擴大這些連接的規模。

這是一個笨拙的解決方法，但考慮到我們分散的電網面臨的挑戰，任何讓我們離那個難以實現的“全國網絡”更近一步的東西都是朝着正確方向邁出的一步。

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