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?？删褪沁@一次次寒潮帶來的降雪，在考驗(yàn)著各地的能源儲備系統(tǒng)，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(yīng)造成多大的影響?

冰雪天氣，全國的電力供應(yīng)始終都處于緊張狀態(tài)。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(qū)就會采取拉閘限電的措施，以保證關(guān)鍵地區(qū)的電量供應(yīng)。那么，也許某一刻，你所居住的地方就被要求做出“犧牲”了。

遠(yuǎn)方的電網(wǎng)

簡單來講，電力供應(yīng)緊張，就是因?yàn)樘鞖庾兝洌蠹倚枰秒姷牡胤蕉嗔?，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(shè)備的使用時間也變的更久。這么多負(fù)載，都是需要來自遠(yuǎn)方的電網(wǎng)供應(yīng)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)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(yuǎn)方的電網(wǎng)與近在咫尺的電腦、電視有那么緊密的關(guān)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(wǎng)的組成談起。

電網(wǎng)的起點(diǎn)就是那貌似圓柱體的“大家伙”——電廠，也就是產(chǎn)生電的最開始的地方。在這里，偉大的發(fā)電機(jī)不分晝夜地運(yùn)轉(zhuǎn)著，為電網(wǎng)源源不斷的提供著電。當(dāng)然，發(fā)電機(jī)還是需要一個設(shè)備來驅(qū)使它運(yùn)轉(zhuǎn)的，正是這個設(shè)備決定著是什么樣的能量最終轉(zhuǎn)化為了電能，該設(shè)備通常我們稱之為“原動機(jī)”。

可以轉(zhuǎn)化為電能的能源正越來越多樣化。除了傳統(tǒng)的熱能、水能、風(fēng)能等，還有近幾年才發(fā)展起來的核能、太陽能、潮汐能、地?zé)崮艿鹊?，還有些小范圍內(nèi)會使用的化學(xué)能。通過各種各樣的方武，人們想盡辦法把這些能源轉(zhuǎn)化為電能，填入到那張如同蜘蛛網(wǎng)般密集的電網(wǎng)中來。

發(fā)電廠將電“制造”出來之后，還要對其進(jìn)行一定的處理才能往各個地方發(fā)送，這主要就是升壓過程。升壓對于電力傳輸來說是十分關(guān)鍵的一環(huán)。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?yàn)槁L的送電過程會帶來巨大的損耗。盡管細(xì)細(xì)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(jìn)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(fèi)掉，不僅如此，那些浪費(fèi)的部分還會造成電線的發(fā)熱，降低電線的使用壽命，還給環(huán)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(fèi)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(nèi)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(yùn)行一年，估計(jì)下一步會有更多這樣的輸電線路出現(xiàn)。

將電這般精心“打扮”之后，方能加入輸電網(wǎng)絡(luò)。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(jié)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?yàn)樗苋菀仔纬尚D(zhuǎn)磁場，這一點(diǎn)對于電動機(jī)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(wǎng)的多個節(jié)點(diǎn)調(diào)度，線路終于鋪設(shè)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(shù)個發(fā)電機(jī)、升壓器、降壓器、開關(guān)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(yīng)。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(shè)想可以實(shí)現(xiàn)，用電高峰的問題可以緩解很多。不過不僅是你，無數(shù)的科學(xué)家、工程師都在絞盡腦汁想辦法很好地實(shí)現(xiàn)這兩點(diǎn)，只是目前看來，問題都不少。

比如如何建立一個穩(wěn)定高效的大電網(wǎng)系統(tǒng)?目前我國已經(jīng)在局部地區(qū)實(shí)現(xiàn)了這樣的網(wǎng)絡(luò)，比如中國的電網(wǎng)就基本上分為兩大塊：國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)，每個電網(wǎng)下又再細(xì)分，諸如華中電網(wǎng)、華東電網(wǎng)、華北電網(wǎng)等。

簡單的說來，各個電網(wǎng)內(nèi)部可以實(shí)現(xiàn)很好的互聯(lián)，相對而言，運(yùn)行和維護(hù)的成本都基本處于可控制范圍內(nèi)。這些局部電網(wǎng)相互連接組合一個大型的電網(wǎng)系統(tǒng)。大電網(wǎng)系統(tǒng)的好處是顯而易見的，它可以合理調(diào)度各個地方的電量供應(yīng)，比如說，西南地區(qū)大城市較少而水量充足，用于發(fā)電的水電站就可以多設(shè)置一些，電量供應(yīng)就可以調(diào)用到東部沿海等大城市。

停電事故屢有發(fā)生

但是大電網(wǎng)帶來的麻煩也有不少，而且影響極為嚴(yán)重。局部地方的小問題，很客易就波及到整個大電網(wǎng)的穩(wěn)定性，有點(diǎn)類似于“蝴蝶效應(yīng)”。這方面的悲慘例子人類已經(jīng)“驗(yàn)證”過很多次了。1965年的美國首先轟轟烈烈地經(jīng)歷了這么一回。當(dāng)時，為了很好地調(diào)度電量的供應(yīng)，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(qū)的電網(wǎng)連接成一個巨大的網(wǎng)絡(luò)。盡管工程師們也設(shè)置了一些安全措施，但一條220伏的線路因?yàn)椴豢柏?fù)荷而使繼電保護(hù)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(fù)荷停電，停電區(qū)域包括紐約市在內(nèi)達(dá)21萬平方千米，受影響人口為3000萬。

當(dāng)然這僅僅是開始，雖說隨著科技水平的發(fā)展，人們對電力系統(tǒng)的認(rèn)識、對大電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)控能力也在逐漸加強(qiáng)，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(tǒng)，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(shí)現(xiàn)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(shè)備上，目前的電池表現(xiàn)得還不是很好，比如電動汽車的關(guān)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(huán)境的“高手”，要是不能很好地回收利用，也不屬于理想的發(fā)展對象。什么時候能在電池上面有所突破，開一輛環(huán)保小車暢游天下就不是夢了。

那么用電負(fù)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(tǒng)電池的3～4倍，壽命也長達(dá)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(shí)現(xiàn)，不失為一個好的方案。

不過，目前還只有少數(shù)發(fā)達(dá)國家將其研發(fā)成功，國內(nèi)中科院上海硅酸鹽研究所也研發(fā)出了一種納硫電池——以鈉作負(fù)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(yù)計(jì)將在2010年世博會的時候投入使用。

還有一種方案倒是應(yīng)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(fā)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?yàn)樗旧韺Φ乩砦恢玫囊蕾囆院軓?qiáng)，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(shù)革新，研發(fā)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”?？赐瓯疚?，“節(jié)電光榮，浪費(fèi)可恥!”或許就可以成為你的座右銘了。