托马斯·爱迪生的直流系统可能成为连接电网的关键-彭博社

Stephen Mihm

僵局。

摄影师：Nathan Howard/Bloomberg

情况复杂。

摄影师：Graeme Jennings/Washington Examiner/Bloomberg

美国电网陷入困境。在人工智能和云数据中心不断增多、加密货币挖矿持续进行、以及太阳能电池板或电池工厂扩张的背景下，能源需求激增给我们的电力容量带来了严重压力（而且这还是在考虑到我们努力跟上全球变暖的情况之前）。但是，关于我们未来电力困境的讨论往往忽视了一个事实，即电网最大的问题之一实际上是，它并不是一个真正的电网。事实上，美国的电力是由一系列相互隔离的小型网络供应的。因此，虽然我们目前总体上能够产生足够的电力，但一个地区的多余能源无法输送到另一个电力不足的地区。我们是如何最终拥有一个支离破碎的电网的历史，以及以前的几代人是如何尝试连接它的，揭示了解决这个技术问题有多么困难。但它也指向了一个不太可能的解决方案，将我们带回到电气化的早期。

彭博观点欧洲和英国需要全面备战特朗普过多 — 还有一点通货膨胀对通货膨胀保持信心，但准备好失望开始对奶业工人进行禽流感大规模检测19世纪末首次尝试传输电力对抗 两种不同的系统。第一种是托马斯·爱迪生的直流（DC）系统，它将电力从发电机传输到用户，只能单向传输。这并不理想 — 电压会随着传输距离的增加而消散，而且DC线路在改变电压时会出现问题。

爱迪生输给了尼古拉·特斯拉，他开创了交流（AC）电力。这种系统产生的电力不是单向流动，而是定期改变方向。特斯拉和他的合作伙伴乔治·韦斯汀豪斯证明了AC电流可以在更长距离上保持相同的电压，尤其是在更高电压下。

这些特点引发了一场革命。在一个地方产生的电力可以转变为高电压，通过输电线路发送，然后再次转换为更易管理的电压级别，逐渐到达最终用户。第一个成功的商业应用发生在1895年，当时电力线路输送了由加利福尼亚福尔松水电站发电的电力到离其15英里远的萨克拉门托。

这可以说是最终被称为电网的开始：一个互相连接的发电站、变压器、高压输电线路、包含更多变压器的变电站，以及将电力分配给工厂、住宅、有轨电车和其他用户的输电线路。

早在1911年，Robert A. Philip 向他的电气工程师同行们递交了一篇论文，宣称“两个系统的互连预示着未来会与第三个和第四个系统连接。这种无限延伸导致了一个巨大系统的概念。” 在场的另一位工程师表示同意，指出这提高了“全国范围网络”的可能性。

到了20世纪20年代，美国在实现这一愿景方面取得了一些进展。在美国东部，十一个大型公用事业公司组成了一个所谓的电力池，连接了各自的网络，使它们能够相互共享多余的电力。这个集体被称为互连系统组，开始吸收较小的网络，创造了最终成为最大单一电网的情况。在全国其他地区，其他地区的电网开始凝聚。

正如历史学家朱莉·科恩所指出的，这个过程是在没有任何中央指导或控制的情况下进行的。即使在1930年代联邦政府开始更积极地推动电气化和互连之后，首先作为一个新政项目，后来作为向战时工业供电的手段，这一点仍然如此。

到了1950年代，美国本土有三个独立且不同的电网。互连系统组为洛矶山脉以东的大部分州以及加拿大提供服务。一个较小的电网为西部各州提供服务，而最后一个电网为德克萨斯州提供服务。这个州对联邦监管持强烈怀疑态度，主要存在作为一个电力孤岛，与国家其他地区隔绝。

正如Cohn所指出的那样，这种安排被许多人认为是有问题的。分散的电网意味着多余的电力被浪费，削弱了效率，使电力对消费者更加昂贵。它还使得一个地区在紧急情况下无法帮助另一个地区 —— 比如，当德克萨斯有多余电力而东北部面临暴风雪时。

1962年，联邦电力委员会主席Joseph Swidler悲叹美国“可能是世界上唯一没有协调的国家电力系统的文明国家。”在那十年的过程中，东部和西部电力联盟的代表开始制定连接他们系统的计划。

直到1967年2月2日，北美电力系统互连委员会的工作才被很少人理解，当时两个最大的电网开通了所谓的互联，电桥标志着它们之间的第一个真正连接，尽管连接的规模有限，限制了电力共享的数量。

这个实验，一个工程师描述为“大象跳芭蕾”，很快凸显了与校准从东海岸到西海岸的机器相关的技术挑战。为了让这两个地区共享电力，它们需要遵守相同的电气频率，即每分钟交流电流改变方向的次数。

虽然东部电网的效用通常保持稳定的频率，但它们的西部同行表现不佳，拉紧了互联线。在多次尝试让大象一起跳舞失败后，电气工程师们放弃了这个实验，于1975年断开了两个电网的连接。

从那时起，将多余电力从一个国家的一部分转移到另一部分的需求只增加了。例如，考虑一下2021年德克萨斯州的困境，当冬季风暴关闭了该州大部分孤立的电网时，使其无助，无法从其他地方进口电力。

在一个历史讽刺的细节中，最有希望创建真正的全国电网的方式最近被认为是恢复爱迪生的直流系统。

一项有前途的研究得出结论，电网之间的高压直流连接 —— 尽管以有限的方式已经存在 —— 可以提供一种解决频率问题的方法。这些连接将临时将交流电转换为直流电，从而避免了需要保持相同频率的问题。系统然后可以在电压从一个电网转移到下一个电网后切换回交流电。联邦政府现在正在资助更多研究来扩大这些连接的规模。

这是一个笨拙的解决方法，但考虑到我们分散的电网面临的挑战，任何让我们离那个难以实现的“全国网络”更近一步的东西都是朝着正确方向迈出的一步。

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