寒冬时节话“电网”

冬天的雪景

　　

　　冬日里最美的是什么?我们几乎都会毫不犹豫的说是雪。美丽的雪一夜之间覆盖了整个大地，清晨，我们开门的一瞬间就会惊呼那份未染的洁白。可就是这一次次寒潮带来的降雪，在考验着各地的能源储备系统，在你欣赏雪景的同时，同一个世界里的另一些人却正紧张地看着这场大雪，他们在焦虑一件事：大雪会对电的供应造成多大的影响?

　　冰雪天气，全国的电力供应始终都处于紧张状态。尽管不至于到普遍要停电的地步，可是，在某些紧急情况下，部分地区就会采取拉闸限电的措施，以保证关键地区的电量供应。那么，也许某一刻，你所居住的地方就被要求做出“牺牲”了。

　　

　　远方的电网

　　

　　简单来讲，电力供应紧张，就是因为天气变冷，大家需要用电的地方多了，要取暖、要烧水、要开灯，加上呆在房间里的时间更长了，各种设备的使用时间也变的更久。这么多负载，都是需要来自远方的电网供应才能正常运转的，所以，就像你的钱包，花钱的地方多了，日子自然也就过得紧巴巴了。

　　远方的电网与近在咫尺的电脑、电视有那么紧密的关系吗?要回答这个问题，上面的答案显然是不够的。想要问个明白，我们首先得从电网的组成谈起。

　　电网的起点就是那貌似圆柱体的“大家伙”——电厂，也就是产生电的最开始的地方。在这里，伟大的发电机不分昼夜地运转着，为电网源源不断的提供着电。当然，发电机还是需要一个设备来驱使它运转的，正是这个设备决定着是什么样的能量最终转化为了电能，该设备通常我们称之为“原动机”。

　　可以转化为电能的能源正越来越多样化。除了传统的热能、水能、风能等，还有近几年才发展起来的核能、太阳能、潮汐能、地热能等等，还有些小范围内会使用的化学能。通过各种各样的方武，人们想尽办法把这些能源转化为电能，填入到那张如同蜘蛛网般密集的电网中来。

　　发电厂将电“制造”出来之后，还要对其进行一定的处理才能往各个地方发送，这主要就是升压过程。升压对于电力传输来说是十分关键的一环。为何要如此麻烦?到了目的地，不是还要降压我们才能用吗?

　　这是因为漫长的送电过程会带来巨大的损耗。尽管细细的电线在我们看来电阻很小，几乎可以忽略，但如果是长途送电，那么它的电阻就不能不慎重考虑了。特别是对于未进行过升压的线路来说，电流是很大的。这种损耗会以损耗功率P=I²R(P为损耗功率，I是输电电路的电流，R是输电线路总电阻，该公式基于单相线路考虑)的情况浪费掉，不仅如此，那些浪费的部分还会造成电线的发热，降低电线的使用寿命，还给环境带来热污染。

　　这种“吃力不讨好”的方案，自然不能采用。所以，我们在所给定功率一定的前提下提升电压，电流会降到很低，其浪费在路上的损耗也就小了很多。如果条件允许的话，这个电压可以升到很高，目前高压一般分为3个等级：10、35、110、220千伏为高压；330、500、750千伏为超高压；800、1000千伏以上为特高压。目前国内已有一条1000千伏的特高压输电线路，即晋东南一南阳一荆门高压输电线，成功试运行一年，估计下一步会有更多这样的输电线路出现。

　　将电这般精心“打扮”之后，方能加入输电网络。为了更安全可靠地输送电，目前，一般采用三相三线制。诸位看官要有一问：为什么要这么做?单相双线不行么?答案是：不是不行，是不够好。三相三线，不仅在同等条件下可以节省一些材料，而且每根线的输电功率也可以提高0.15倍。除此之外，三相线在终端可以很好地利用，因为它很容易形成旋转磁场，这一点对于电动机来说，是极为重要的。再说，三相三线也不妨碍我们从中选抽出单相电，这么多好处，何乐不为呢?

　　接着，就是通过一个庞大电网的多个节点调度，线路终于铺设到你所在的城市，降压，配电，最终到了你所居住的地方，然后在房间的一角，为你提供了温暖，提供你眼前这台电脑启动的能量。你在用电“如此方便”的时候，可要想到，在电流“万里奔波”而来的路上，无数个发电机、升压器、降压器、开关等等，正彻夜不眠地工作着。

　　或许看到这里，有人会提出一个问题：全国各地，不见得所有地方都这么迫切地需要充足的电量来供应。比如说，北方这么冷，需要的电多，南方某些地方可能就不会需要这么多的电，为什么不把那边的电拿来用呢?再比如说，白天某个时候，我们一般用电较少，晚上是用电的高峰期。为何不能在白天的时候把电量以某种形式存储起来，晚上还可以拿来用不是更好吗?

　　这是很好的问题。要是你的这两种设想可以实现，用电高峰的问题可以缓解很多。不过不仅是你，无数的科学家、工程师都在绞尽脑汁想办法很好地实现这两点，只是目前看来，问题都不少。

　　比如如何建立一个稳定高效的大电网系统?目前我国已经在局部地区实现了这样的网络，比如中国的电网就基本上分为两大块：国家电网和南方电网，每个电网下又再细分，诸如华中电网、华东电网、华北电网等。

　　简单的说来，各个电网内部可以实现很好的互联，相对而言，运行和维护的成本都基本处于可控制范围内。这些局部电网相互连接组合一个大型的电网系统。大电网系统的好处是显而易见的，它可以合理调度各个地方的电量供应，比如说，西南地区大城市较少而水量充足，用于发电的水电站就可以多设置一些，电量供应就可以调用到东部沿海等大城市。

　　

　　停电事故屡有发生

　　

　　但是大电网带来的麻烦也有不少，而且影响极为严重。局部地方的小问题，很客易就波及到整个大电网的稳定性，有点类似于“蝴蝶效应”。这方面的悲惨例子人类已经“验证”过很多次了。1965年的美国首先轰轰烈烈地经历了这么一回。当时，为了很好地调度电量的供应，美国东北部的一些电力公司将纽约、新英格兰和安大略湖地区的电网连接成一个巨大的网络。尽管工程师们也设置了一些安全措施，但一条220伏的线路因为不堪负荷而使继电保护动作断开，从此拉开不可收拾的一幕：短短12分钟就造成了21000兆瓦的用电负荷停电，停电区域包括纽约市在内达21万平方千米，受影响人口为3000万。

　　当然这仅仅是开始，虽说随着科技水平的发展，人们对电力系统的认识、对大电网系统的调控能力也在逐渐加强，但1965年美国那起事件的翻版还是在世界各地不断上演。一个越是庞大的系统，不可控因素就越多，制造起麻烦来越难收拾。

　　

　　“电力银行”把电储存起来

　　

　　而把电量储备起来这个问题实现起来也很困难。

　　如果是小范围地储存电量，利用电池就可以了。但放在大型的设备上，目前的电池表现得还不是很好，比如电动汽车的关键问题就是电池的容量太小，成本过高。更何况，电池所用到的不少金属都是污染环境的“高手”，要是不能很好地回收利用，也不属于理想的发展对象。什么时候能在电池上面有所突破，开一辆环保小车畅游天下就不是梦了。

　　那么用电负荷低谷时大量的电该怎么存储起来呢?目前有两种方案，一种是神秘的“电力银行”，也即大容量电池。这种电池的单位效率是传统电池的3～4倍，寿命也长达十几年。在用电低谷的时候，将多余的电能存储于电力银行。高峰或者紧急的时刻，可以放出来用以平衡蜂谷差。这样的措施在城市里也很容易实现，不失为一个好的方案。

　　不过，目前还只有少数发达国家将其研发成功，国内中科院上海硅酸盐研究所也研发出了一种纳硫电池——以钠作负极、硫作正极、陶瓷作电解隔膜的电池，可以作为“电力银行”的首选。预计将在2010年世博会的时候投入使用。

　　还有一种方案倒是应用很久了，就是抽水蓄能电站。按照字面意思的理解就是，将多余的电用来抽水蓄能。是普通水电站的一种逆向思维，低峰时可以蓄能，高峰又可以作为备用发电。世界上第一坐抽水蓄能电站于1879年在瑞士建成。

　　只是，你可以很容易就想到，抽水蓄能既然这么好，为何没能彻底解决电能储蓄的问题?因为它本身对地理位置的依赖性很强，而且真正操作起来又得大动干戈，适用范围有限。

　　不管怎么说，这方面的努力至少让人看到了很多的希望。对于电力蓄能，通过不断的技术革新，研发更好的材料来制作电池，或者提出一些更适宜的方案，还是能够逐渐处理目前面临的这些问题的。

　　冬日里的这场大雪，让你我“目及尺寸之间，心念千里之外”。看完本文，“节电光荣，浪费可耻!”或许就可以成为你的座右铭了。