寒冬時節話“電網”

冬天的雪景

冬日里最美的是什么?我們幾乎都會毫不猶豫的說是雪。美麗的雪一夜之間覆蓋了整個大地，清晨，我們開門的一瞬間就會驚呼那份未染的潔白。可就是這一次次寒潮帶來的降雪，在考驗著各地的能源儲備系統，在你欣賞雪景的同時，同一個世界里的另一些人卻正緊張地看著這場大雪，他們在焦慮一件事：大雪會對電的供應造成多大的影響?

冰雪天氣，全國的電力供應始終都處于緊張狀態。盡管不至于到普遍要停電的地步，可是，在某些緊急情況下，部分地區就會采取拉閘限電的措施，以保證關鍵地區的電量供應。那么，也許某一刻，你所居住的地方就被要求做出“犧牲”了。

遠方的電網

簡單來講，電力供應緊張，就是因為天氣變冷，大家需要用電的地方多了，要取暖、要燒水、要開燈，加上呆在房間里的時間更長了，各種設備的使用時間也變的更久。這么多負載，都是需要來自遠方的電網供應才能正常運轉的，所以，就像你的錢包，花錢的地方多了，日子自然也就過得緊巴巴了。

遠方的電網與近在咫尺的電腦、電視有那么緊密的關系嗎?要回答這個問題，上面的答案顯然是不夠的。想要問個明白，我們首先得從電網的組成談起。

電網的起點就是那貌似圓柱體的“大家伙”——電廠，也就是產生電的最開始的地方。在這里，偉大的發電機不分晝夜地運轉著，為電網源源不斷的提供著電。當然，發電機還是需要一個設備來驅使它運轉的，正是這個設備決定著是什么樣的能量最終轉化為了電能，該設備通常我們稱之為“原動機”。

可以轉化為電能的能源正越來越多樣化。除了傳統的熱能、水能、風能等，還有近幾年才發展起來的核能、太陽能、潮汐能、地熱能等等，還有些小范圍內會使用的化學能。通過各種各樣的方武，人們想盡辦法把這些能源轉化為電能，填入到那張如同蜘蛛網般密集的電網中來。

發電廠將電“制造”出來之后，還要對其進行一定的處理才能往各個地方發送，這主要就是升壓過程。升壓對于電力傳輸來說是十分關鍵的一環。為何要如此麻煩?到了目的地，不是還要降壓我們才能用嗎?

這是因為漫長的送電過程會帶來巨大的損耗。盡管細細的電線在我們看來電阻很小，幾乎可以忽略，但如果是長途送電，那么它的電阻就不能不慎重考慮了。特別是對于未進行過升壓的線路來說，電流是很大的。這種損耗會以損耗功率P=I²R(P為損耗功率，I是輸電電路的電流，R是輸電線路總電阻，該公式基于單相線路考慮)的情況浪費掉，不僅如此，那些浪費的部分還會造成電線的發熱，降低電線的使用壽命，還給環境帶來熱污染。

這種“吃力不討好”的方案，自然不能采用。所以，我們在所給定功率一定的前提下提升電壓，電流會降到很低，其浪費在路上的損耗也就小了很多。如果條件允許的話，這個電壓可以升到很高，目前高壓一般分為3個等級：10、35、110、220千伏為高壓；330、500、750千伏為超高壓；800、1000千伏以上為特高壓。目前國內已有一條1000千伏的特高壓輸電線路，即晉東南一南陽一荊門高壓輸電線，成功試運行一年，估計下一步會有更多這樣的輸電線路出現。

將電這般精心“打扮”之后，方能加入輸電網絡。為了更安全可靠地輸送電，目前，一般采用三相三線制。諸位看官要有一問：為什么要這么做?單相雙線不行么?答案是：不是不行，是不夠好。三相三線，不僅在同等條件下可以節省一些材料，而且每根線的輸電功率也可以提高0.15倍。除此之外，三相線在終端可以很好地利用，因為它很容易形成旋轉磁場，這一點對于電動機來說，是極為重要的。再說，三相三線也不妨礙我們從中選抽出單相電，這么多好處，何樂不為呢?

接著，就是通過一個龐大電網的多個節點調度，線路終于鋪設到你所在的城市，降壓，配電，最終到了你所居住的地方，然后在房間的一角，為你提供了溫暖，提供你眼前這臺電腦啟動的能量。你在用電“如此方便”的時候，可要想到，在電流“萬里奔波”而來的路上，無數個發電機、升壓器、降壓器、開關等等，正徹夜不眠地工作著。

或許看到這里，有人會提出一個問題：全國各地，不見得所有地方都這么迫切地需要充足的電量來供應。比如說，北方這么冷，需要的電多，南方某些地方可能就不會需要這么多的電，為什么不把那邊的電拿來用呢?再比如說，白天某個時候，我們一般用電較少，晚上是用電的高峰期。為何不能在白天的時候把電量以某種形式存儲起來，晚上還可以拿來用不是更好嗎?

這是很好的問題。要是你的這兩種設想可以實現，用電高峰的問題可以緩解很多。不過不僅是你，無數的科學家、工程師都在絞盡腦汁想辦法很好地實現這兩點，只是目前看來，問題都不少。

比如如何建立一個穩定高效的大電網系統?目前我國已經在局部地區實現了這樣的網絡，比如中國的電網就基本上分為兩大塊：國家電網和南方電網，每個電網下又再細分，諸如華中電網、華東電網、華北電網等。

簡單的說來，各個電網內部可以實現很好的互聯，相對而言，運行和維護的成本都基本處于可控制范圍內。這些局部電網相互連接組合一個大型的電網系統。大電網系統的好處是顯而易見的，它可以合理調度各個地方的電量供應，比如說，西南地區大城市較少而水量充足，用于發電的水電站就可以多設置一些，電量供應就可以調用到東部沿海等大城市。

停電事故屢有發生

但是大電網帶來的麻煩也有不少，而且影響極為嚴重。局部地方的小問題，很客易就波及到整個大電網的穩定性，有點類似于“蝴蝶效應”。這方面的悲慘例子人類已經“驗證”過很多次了。1965年的美國首先轟轟烈烈地經歷了這么一回。當時，為了很好地調度電量的供應，美國東北部的一些電力公司將紐約、新英格蘭和安大略湖地區的電網連接成一個巨大的網絡。盡管工程師們也設置了一些安全措施，但一條220伏的線路因為不堪負荷而使繼電保護動作斷開，從此拉開不可收拾的一幕：短短12分鐘就造成了21000兆瓦的用電負荷停電，停電區域包括紐約市在內達21萬平方千米，受影響人口為3000萬。

當然這僅僅是開始，雖說隨著科技水平的發展，人們對電力系統的認識、對大電網系統的調控能力也在逐漸加強，但1965年美國那起事件的翻版還是在世界各地不斷上演。一個越是龐大的系統，不可控因素就越多，制造起麻煩來越難收拾。

“電力銀行”把電儲存起來

而把電量儲備起來這個問題實現起來也很困難。

如果是小范圍地儲存電量，利用電池就可以了。但放在大型的設備上，目前的電池表現得還不是很好，比如電動汽車的關鍵問題就是電池的容量太小，成本過高。更何況，電池所用到的不少金屬都是污染環境的“高手”，要是不能很好地回收利用，也不屬于理想的發展對象。什么時候能在電池上面有所突破，開一輛環保小車暢游天下就不是夢了。

那么用電負荷低谷時大量的電該怎么存儲起來呢?目前有兩種方案，一種是神秘的“電力銀行”，也即大容量電池。這種電池的單位效率是傳統電池的3～4倍，壽命也長達十幾年。在用電低谷的時候，將多余的電能存儲于電力銀行。高峰或者緊急的時刻，可以放出來用以平衡蜂谷差。這樣的措施在城市里也很容易實現，不失為一個好的方案。

不過，目前還只有少數發達國家將其研發成功，國內中科院上海硅酸鹽研究所也研發出了一種納硫電池——以鈉作負極、硫作正極、陶瓷作電解隔膜的電池，可以作為“電力銀行”的首選。預計將在2010年世博會的時候投入使用。

還有一種方案倒是應用很久了，就是抽水蓄能電站。按照字面意思的理解就是，將多余的電用來抽水蓄能。是普通水電站的一種逆向思維，低峰時可以蓄能，高峰又可以作為備用發電。世界上第一坐抽水蓄能電站于1879年在瑞士建成。

只是，你可以很容易就想到，抽水蓄能既然這么好，為何沒能徹底解決電能儲蓄的問題?因為它本身對地理位置的依賴性很強，而且真正操作起來又得大動干戈，適用范圍有限。

不管怎么說，這方面的努力至少讓人看到了很多的希望。對于電力蓄能，通過不斷的技術革新，研發更好的材料來制作電池，或者提出一些更適宜的方案，還是能夠逐漸處理目前面臨的這些問題的。

冬日里的這場大雪，讓你我“目及尺寸之間，心念千里之外”。看完本文，“節電光榮，浪費可恥!”或許就可以成為你的座右銘了。