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 34 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。