将发电站发出的电能送往全国各地用户家中的输电网，是国家基础设施中的关键一环。而电网也很善于把自己的短处隐藏起来。人们或许会注意到遍布大地的塔架，跨越山河的电力线缆，还有那些把电流降压后分送到工厂、商场以及千家万户的变电站，但有谁见过电能大堵塞，或者像爆裂的自来水管那样导致电流哗啦啦地涌出？然而，美国的电网确实需要大规模升级改造了。如果美国要告别不干净的化石燃料而改用洁净的、可再生的风能和太阳能乃至核能的话，那么就必须大幅扩建输电系统，使其延伸到遥远的沙漠和高原，因为这些地方的阳光最丰富，风力最强劲。此外，愈演愈烈的大范围停电每年会给美国造成数百亿美元的经济损失，要免受停电之苦，必须实现电网现代化。
如何打造这个超级电网呢？经过多年争论，大多数工程师已达成共识：在现有那个年代久远、各自为政、不堪重负的电网基础上打造一个现代化的输变电系统，使用更高电压来输电，并深入更遥远的地方，形成拥有更强大输送能力的电力主干。奥巴马政府的2009年经济刺激方案拨出了65亿美元信贷资金来建设输电线路，并以贷款担保的形式为私营企业提供20亿美元，所以启动资金已经到位。建设这个超级电网还须采取若干重大技术措施，以及一项政策支持。
努力建新线
新线路不仅能够将可再生能源接入电网，缓解用电压力最大地区的能源需求。
第一步自然就是要架设更多输电线路，尤其是要把可再生能源最丰富的地区和那些目前用电需求完全依赖燃煤电站的新兴城镇连接起来。新线路还将有助于各地区的电力公司将富余电力卖往远方。
大规模的电网建设已经一拖再拖了。听听2009年10月美国的“首席投资官”奥巴马在谈到当前的电网时所说的话吧：“请想一下在20世纪二三十年代，美国州际高速公路系统（Interstate Highway System）尚未建成时，交通是个什么样子。一条条维护不善的乡村公路混乱不堪，绝对不是从一个地方到另一个地方最快捷、最高效的方式。”
过去10年，美国每年新架设的高压输电线只有1 000英里（1英里相当于1.62千米）多一点，而据美国国家可再生能源实验室2010年1月发布的一份报告称，如果美国所需电力的20%改由风力发电来供应，就需要在现有的16万英里高压线路之外，再新建2.27万英里州际输电线路。到那时，美国最常见的景观将不是施工队在修路，而是电力工人忙于架设输电线。
架设更多线路除了能把可再生能源纳入电网，还可让电力过剩问题迎刃而解。今天，即使电力需求量不大，有些电厂也必须照开不误，以维持全网电压稳定，但它们发出的电根本就没有人用。夜间往往又是风力最强劲的时候，但这些风电说不定会无处可送。遇到这类情况，有些输电管理部门，如加利福尼亚州独立系统交易运行机构（California Independent System Operator）就不得不付钱给风力发电场之类的电力生产厂商，让他们削减发电量。该中心首席执行官雅各特·曼苏尔（Yakout Mansour）无奈地说：如果这样还是供过于求，“那你只好倒贴钱（求人用电）了”。
供求失衡可能导致可再生能源的价格让人望而生畏。在大风劲吹的时候被迫停机，很快就会使风力发电的经济性大打折扣。而电力高速路一旦建成，可以将富余电能送往千山万水之外那些需要它的客户，从而缓解供过于求的问题。架设更多线路也有助于把电压的骤升骤降分散到更大范围内的供电者和用电者头上，这样就可以平稳地消化掉电压的波动，不至于造成危险的电压高峰和动不动就停电限电的局面。
更多的输电线路还可以使大规模能源存储技术更加切实可行。把夜间过剩的风能存储起来，第二天需要时再用来发电的技术不计其数：巨型电池、飞轮、压缩空气罐、将水泵到高处再让它流下来推动水轮机发电、加热熔盐池以后再驱动蒸汽轮机发电等等。但不管怎么说，你先得想办法把能量送到这些地方。
升压是关键
与低压传输相比，高压传输能大幅降低传输损耗，并节约输电用地。
打造超级电网的第二步是提高电压。更多输电线路将把电厂和用户更好地连接起来，而在更高的电压下输送电能，可以降低耗损、节省费用，并减少电力线在翻山越岭过程中留下的足迹。
电力沿着输电线传送时主要以热量形式损失，而随着电压升高，这种耗失将大幅度下降。美国东北电力公司希望从加拿大进口更多电能，该公司输电主管詹姆斯·A·芒茨（James A. Muntz）大致计算过负荷为800兆瓦（大致相当于一座大型燃煤电站发电能力）、长100英里的输电线路上的耗损情况。随着输电电压的升高，损耗减小的幅度非常明显：如果该线路的电压为345千伏（这是美国现今许多输电干线上使用的电压），损耗功率为19.8兆瓦；如果电压升到765千伏（这是目前美国的最高输电电压，但并未普遍使用），则耗失功率只有3.45兆瓦，相当于345千伏下耗失量的1/6；如果电压进一步升到1 100千伏，耗损功率会进一步减小到区区1.91兆瓦。苏联曾有使用过一条1 150输电线路，日本也有一条类似线路，中国目前则有几条这种线路正在架设。
除了替电力公司节约日常运行费用外，高电压输电也有助于节省输电线路所需土地，并降低建设费用。美国经营765千伏输电线路的最大公司——美国电力公司（American Electric Power）输电主管迈克尔·海耶克（Michael Heyeck）说，一条765千伏线路输送的电能相当于6条345千伏线路。765千伏线路占地仅60米宽，而6条345千伏线路的占地则达到270米宽。不过，标准的765千伏输电铁塔高40~45米，比345千伏铁塔高得多（后者通常为30~35米）。电压越高，输电线距地面的净空就必须越大，不过在公众看来，一般铁塔越高，就越显得碍眼。
2008年1月，美国电力公司和美国能源部联合披露了一项还未确定的未来规划：架设一个全国性的765千伏干线网，覆盖在现有的电网上（就像用州际公路网覆盖各地的道路一样），从而大大增强电网的输电能力并降低损耗。这个765千伏干线网总长为22 000英里，其中3 000英里为现有线路。建设这个干线网将耗资600亿美元。但是，这个干线网可以大幅降低电力耗损，而且目前电网尚未覆盖地区的廉价电力也可以轻易取代当地的高价电，因此每年可以节省高达数十亿美元。
走直流之路
对于长距离输电，直流是最明智的方法。
为了进一步降低耗损，工程师建议，沿用电负荷最重的地区架设直流输电线路，而不是现今几乎所有家庭和企业都使用的交流电。芒茨计算过，对于前面提到的那个负荷800兆瓦、长100英里的线路，使用500千伏直流输电的话，耗损仅为3.82兆瓦，不到同样电压下交流输电耗损的一半。如果将直流电压提高到800千伏，则耗损将降至1.5兆瓦，同样不到765千伏交流输电线路耗损的一半。
在不经过中转的点对点输电中最好是使用直流电。目前这种输电方式已经用于连接加拿大魁北克省北部和美国新英格兰地区的水电站，以及俄勒冈州哥伦比亚河上与加利福尼亚州南方的水电站。在这些场合，直流电效率较高而且可控。交流电的特点是沿着电阻最小的路径流动，哪条线电阻小就走哪条，完全没有规律，就像山顶上的水沿着众多小溪流向山脚的水塘。直流输电线路则像一根从山顶通向山脚的水管，还装了一台可以实时调节的水泵。
美国电网由数以百计的地方电力公司组成，各有各的老板，这种各自为政的特点使得线路控制变得至关重要。当卖方把电力送往远方的买家时，这些电力会流经任何它所选择的输电线路，有可能导致路途中那些同这桩买卖没有任何商业关系的地方出现过载。
过去几年间，连接新泽西州沿海地区和纽约长岛南端以及跨越长岛湾通向康涅狄格州的直流输电线路已经开通。这两项工程都采用了合理的海底路线，这比设计一条线路穿过繁忙拥挤的都市要容易得多，而且这些线路提供了快捷的电流。不久前，沿旧金山湾的海底开通了长53英里的跨海湾线路，输电功率为400兆瓦。由于直流线路控制起来非常平稳顺利，因此电力公司关闭了旧金山那些相对不够洁净的老电站（之前让这些电站保持运行是为了增强旧金山地区交流电网的电压和频率的稳定性）。
尽管拥有这些优势，直流输电线路也只有在长距离输电时才合算，这是因为线路每一端都需要安装特殊的变流站，把交流电转换为直流电或把直流电变为交流电。变流需要大型电子设备，在每一端都会消耗1%左右的电能。美国电力研究所输电研究负责人安德鲁·菲利普斯（Andrew Phillips）指出，15年前，直流输电距离要达到500英里才能不亏（相对交流输电），但随着成本下降，现在这一距离已缩短至300~350英里。
如果能巧妙合理地配置，长距离直流输电线路可以构成跨越大陆的输电干线。这一方案与美国电力公司提出的765千伏方案不同，后者只是小规模使用直流输电。美国国家可再生能源实验室的研究报告建议，沿东西走向兴建10条从西部平原各州通向大西洋沿岸的800千伏大规模直流输电干线，但没有具体说明路线。在一次关于在美国中西部地区建设风力发电场用以向东部沿海各州供电的会议上，美国中西部电力独立系统交易运行机构输电技术主任戴尔·奥斯本（Dale Osborn）称，直流电是唯一能确保把电力准确输送到需要它的地方的技术。问题在于，如果要在一条输电线路的中间接进去，就像在高速公路上修立交枢纽一样，费用是极其昂贵的。
全国一网通
把各个相互独立的电网连接起来，可以让电能分配传输更加合理。
修建更多更高电压的长距离输电线路，无论是采用直流方式还是交流方式，都将构成一个超级电网，使现有输电系统得到扩充与加强。但这样一个超级电网，建设规模是前所未有的。直流线路面临的考验尤为严峻：交流线路可以一点一点地延长，就像公路可以一次延长几英里一样，而直流线路则像一座桥，有固定的起点和终点。
输电系统几乎总是东一块西一块地建设起来的，每一块的范围仅限于一家电力公司或两家相邻公司的地盘。新线路的选址及办理用地审批手续等事项，总会遇到官僚主义的阻碍，常常还会面临公众的反对。第三道障碍则是全国性的问题：美国本土的48个州被划分为三大电网，即落基山以东的东部电网（Eastern Interconnection）、落基山以西的西部电网（Western Interconnection），以及得克萨斯电网。三大电网数十年来基本上都是独立运行，而东部电网更犹如拼图玩具，进一步分为若干地区电网。
为了跟上现代化进程，2009年，东部电网的各地区公司披露了一项全网升级改造计划，目标是到2024年，风电要占到全网电力总需求量的20%。该计划需要在现有电网基础上再架设1.5万英里输电线，其中一半将使用直流电。相关图纸上没有明确标出线路位置，不过很可能将沿着现有电力设施用地架设，也有可能沿着铁路甚至公路架设。
这项计划曾因费用分摊等问题陷入困境。一个方案是建设所谓“商业”输电线路，这是私营企业修建收费公路的模式在电力行业的翻版，目前已有好几条这类线路投入使用了。但该方案实施的前提是买卖双方能够精确地连接起来，这意味着它只能应用于直流输电线路。另一项针对交流输电线路的方案提出，由发电企业及受益的用电方分摊费用。但是若干试行此方案的地区输电组织因分摊不均长期争论不休。西南电力联营体（Southwest Power Pool）提出的一项费用分摊方案在2010年6月得到联邦能源监管委员会批准。该方案规定对高压线路实行类似于高速公路的分摊方式，由该地区所有电力公司来分摊：低压线路按支线公路对待，费用由当地使用者承担；中压线路的费用则由电力公司和用户共同承担。
不过这一方案对直流电行不通，因为直流输电不会使线路两端以外的任何人受益。比方说，一条始于北达科他州，经明尼苏达州、威斯康星州及艾奥瓦州，最终接入芝加哥的直流输电线，对于途经的各州完全没有用处。因此，对于直流线路，输电成本可能会计入电力成本，魁北克水电公司（Hydro Quebec）将对一条向新英格兰地区输电的新线路试行这一方案。
东部电网那项陷入困境的计划最终化为泡影了。东部的纽约州和新英格兰地区各州声称，这项计划过度偏重于开发西部平原各州的风能，并将风电输往东部沿海地区，而忽视了开发大西洋沿岸的风力资源，因此它们选择退出。
另一项整合美国三大电网的尝试目前正在新墨西哥州某地开展。此处靠近三大电网的交汇点，恰好又拥有丰富的风能与太阳能资源。
这三大电网现在没有连接起来，因为它们的交流电不同步。在每个电网内，导线中电子的运动方向在一秒钟内将改变60次，而且每次改变方向的时刻完全同步，就像一队人在跳踢踏舞一样。但是三大电网中的电流并不是同步起舞的；它们跟着各自的鼓手确定自己的节奏。
如果要在这些电网间交换电能，就需要把来自一个地区的交流电转换成直流电，输送到一个相邻的地区后再转换成同步的交流电。目前三大电网间已经有8条直流输电线，但传送能力不大，仅有1 500兆瓦，相当于两座大型煤电站的发电量。
一家名为Tres Amigas的私营风险投资公司建议，在新墨西哥州克洛维斯（Clovis）修建一座转换站，以便在三大电网间大规模传送电力。转换站会使用基于硅的电子设备，但不是电脑中那些只有指甲盖大小的芯片，而是像一叠盘子那么大的半导体器件，把交流电细分成若干股，使它们重新汇聚成直流电，然后通过超导电缆以极低的损耗率传送到另一端。在那里，更多的半导体器件会对电流重新组合，把它还原成交流电。转换站造价约10亿美元，转换能力为5 000兆瓦，如果发明出更强大的电子器件，处理能力还可升级到30 000兆瓦。这个巨大的电力连接枢纽将成为三大电网运行的有力保障，除了传送电力之外，还可以抑制电压的异常波动。
Tres Amigas公司将通过收取电力传送费来赚钱，此外，建立一个方便大家买卖电力的市场也是其一条潜在的生财之道，正如纽约证券交易所对股票买卖收取手续费一样。它还可以提供稳定电压和频率的有偿服务。
若干障碍也开始浮现出来。例如，得克萨斯电网目前不在美国联邦能源监管委员会的监管范围内，而且它下属的各电力公司也不愿意受监管，但得克萨斯州可以从这项计划中受益。Tres Amigas首席执行官、美国最大的独立电网运营商PJM（宾夕法尼亚—新泽西——马里兰）电力运行中心前总裁菲利普·G·哈里斯（Phillip G. Harris）指出，“得克萨斯有很多风电，却遇到一个巨大的障碍”——本地没有足够用户。其他那些拥有丰富可再生能源的地方，也可以由此找到一条能源输出的通道。
强硬政策
要建立真正覆盖整个美国的超级电网，最大障碍是巨大的地域范围和融资规模。对于美国政府来说，如果它想重演当年打造州际公路网时的辉煌，再次组织这样一项大规模的工程并为其提供资金，就必须出台一个发展可再生能源的全国性铁腕政策；另一条途径则是向化石燃料或二氧化碳排放征税，以筹集巨额资金或者让可再生能源取得竞争优势，从而刺激私人投资流向超级电网工程。
不过，眼下看来，前景并不乐观。输电工程规划依然停留在州一级水平上，因为土地使用权通常掌握在各州手里。美国卡内基·梅隆大学电气工业中心执行主任热·阿普特（Jay Apt）认为，如果没有可再生能源政策或征收碳排放税的强力推动，“人们对全国性的输电计划是不会有很大兴趣的”。
事实上，2010年3月，一个名为“公平输电政策联盟”（Fair Transmission Policy，成员包括私营电力公司巨头、公共电力合作企业、两党的国会议员以及各州能源官员等）的新组织，对建立集中规划、多方筹资的强大的全国性电网以促进可再生能源发展表示反对。这个联盟正在竭力阻止联邦能源监管委员会批准从北美大陆中部风力资源丰富地区通向全国各用电中心区的一系列重要输电线路。还有些唱反调的人甚至质疑联邦能源监管委员会是否有权批准这些线路。该联盟成员、俄勒冈州参议员罗恩·怀登（Ron Wyden）把拟议中的输电线路比作一条在纽约和北卡罗来纳州之间输送燃料、但可能要穿过俄勒冈州的天然气管线， “这对俄勒冈州民众来说没有任何实惠”。然而，一个现代化的电力网络将把更高效、更廉价的电能送往全国各个互联的地方电网，降低停电发生的概率，这不正是让各州民众受益吗？
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本文作者：马修·L·沃尔德是《纽约时报》驻华盛顿记者，常撰写关于能源与环境问题的报导。
超级电网
美国的输电系统经升级改造后可以降低电价，减少停电，并将偏僻地区风能和太阳能发出的电力送往遥远的城市。
建设这样一个超级电网可能需要四步：架设更多输电线路，提高输电电压，远程直流输电线路与短程交流输电线路相结合，建设连接美国三大独立输电区的传送枢纽。
联邦政府需要有权决定新线路的路径，这样才能克服来自州政府、地方政府以及公众和电力公司的抵制。可再生能源政策能够刺激私人资金投资于线路建设。
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建设超级电网的第二步，即用更高的电压输送电能，可以降低线路耗损、节省费用，并减少电力线在翻山越岭过程中留下的足迹。
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大计划
未来的电力高速公路
在美国，把电力从发电站送往邻近变电站的输电系统（中图）很少延伸到风能和太阳能非常丰富的地区，而且容易停电。在这个老电网的基础上再覆盖一个强大、牢靠的高压干线网（上图）可以同时解决这两个问题。至少美国三大地方电网可以连成一体（下图），提高各自的可靠性。
增强传输能力
目前电网中765千伏交流输电线路和高压直流输电线路少得可怜。765千伏的输电线路损耗更低，而且一条的传送能力相当于6条345千伏线路。而且，在长度超过300英里的线路上，采用直流输电比使用同样电压的交流输电耗损率更低。一个由新建765千伏交流线路和高压直流线路组成的超级电网，每年可节省数十亿美元资金，并提高电网可靠性，还能向全国输送大量由风力和太阳能发出的电力。
1新建超级电网 2拟建线路 3高压直流线路 4 765千伏交流线路 5直流电力传送枢纽 6可再生能源最丰富的地区 7太阳能 8风能 9两者皆有 10现有电网 11现有线路 12高压直流线路
13 230千伏以下线路未标示
三网合一
为美国和加拿大供电的三大电网相互间仅靠一些脆弱的线路连接起来。通过更多直流电力枢纽把这些电网连为一体可以提高电网稳定性，并有助于电力公司为过剩的电能找到销路。Tres Amigas公司正在策划建造一个巨型电力枢纽，用超导电缆把三大电网整合为一体。
14现有直流电力传送枢纽 15拟建的Tres Amigas全国枢纽（新墨西哥州克洛维斯） 16西部电网 17得克萨斯电网 18东部电网
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跨海湾电缆工程（Trans Bay Cable）沿旧金山湾海底铺设的53英里高压线路，使用庞大的电子装置把交流电转换为直流电。
升级美国东北部电网的计划最终未能实现。纽约州和新英格兰各州宣称，此计划过分偏重开发西部平原地区的风能而忽视了大西洋沿岸地区。
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