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那些年美国人吹的牛,中国人帮他们实现了
送交者: buddha[♂★★Buddha★★♂] 于 2021-07-22 7:44 已读 552 次 1 赞  

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那些年美国人吹的牛,中国人帮他们实现了







人类的工业革命归根结底在于能源的革命。

第一次工业革命烧煤,解决了机器代替人力的问题。之后人类又进行了第二次工业革命,以电气化代替蒸汽动力。

在第二次工业革命中,电力被广泛运用。电是个极好的东西,它的转换效率高达90%,远远超过任何热机30%左右的热效率。


我们以汽车为例子,传统汽油发动机能源转换效率最高也就是35%(未计算机械损耗),而且还是比较贵的那种增压车型,但是电动汽车可以轻松达到90%。

这就意味着,如果以电作为能源,一单位石油能让电动车跑出50公里,而提炼成汽油塞进油箱只能跑15公里。


▲日本HNK电视台制作的对比图

既然这样,为什么人类之前以及当下主流的交通工具不是电动车而是汽油车呢?原因很简单,电能难以储存,相关的技术一直停留在非常原始的状态。

所以第二次工业革命留下了一个非常大的遗憾,人类并没有因此进入全电社会。

如果将人类的第四次能源革命假定为可控核聚变,那么第三次能源革命就是近年来兴起的新能源革命,他的目标就是用电代替石油,实现全电社会。以此带来整个社会能源利用效率的提高,并为将来可控核聚变接入电网提供一个完美的平台。

可以说,谁率先实现新能源革命,谁就站在了未来的制高点上。

01.

早在20世纪80年代,美国就开始寻求新能源,光是新能源公司就注册了484家,各种新能源方案层出不穷。有烧木炭的,有培育海藻产生甲烷的,有粮食酿酒提炼乙醇的,五花八门。

2009年,当世界新能源革命进行的如火如荼的时候,奥巴马政府的能源部长朱棣文就在美国《新闻周刊》上发表了题为《放弃石油》的署名文章。

朱棣文谈到四个延伸研究方向,最重要的那个叫“智能电网”。


电是很难储存的,所以电就是一个需求决定供给的产品,我家一天烧一度电,风力发电站发了两度,那对不起,其中一度电就要浪费掉。反之,就是没电可用。

电网越小,用电波动导致的供需矛盾就越突出。很多第三世界国家看起来电力供需平衡,实际上白天用电多晚上用电少,白天停电晚上弃电,有跟没有一个样。

所以美国人就提出一个“智能电网”(Smart Grid),要把东西部和南部的电网都连接起来,形成新时代的能源高速公路。有了足够大的电网,很多垃圾电就可以很方便地被利用起来,比如时有时无的风力发电,晚上不动弹的太阳能发电。


▲统一三大电网一直是美国的梦想

这里解释一下美国电网“三足鼎立”的原因。美国西部靠落基山脉,以水电为主;东部天然气、煤炭资源丰富,所以以火电为主;南部德州本就是独立王国,页岩气资源丰富,自己搞了一个独立小电网。

一个国家三个电网,合在一块当然是最好的。但在整合全国电网的过程中,美国却碰上了重大难题。

这个重大难题倒不是制度问题造成的,而是在技术上做不到。

02.

美国是世界上面积第四大的国家,要在这么广袤的土地上打造“智慧电网”,远距离输电技术是绕不开的一道坎。

根据物理学常识,输电距离越远,电线电阻越大,损耗也就越大。相应地,提高输电电压就成为唯一的解决办法,这门技术叫特高压。



▲1150千伏特高压输电塔

特高压,光听名字就知道他是干什么的,不过大多数人并没有直观的感受。

特高,有多高?

闪电是我们已知的最强烈的自然放电现象,闪电的电压大约是1亿伏特的量级,最高不超过10亿伏特,特高压大约是他的百分之一。但仅仅是这百分之一,就让人类焦头烂额。

因为在闪电这样高的电压之下,我们熟知的绝大多数绝缘体都变成了导体。

空气,是绝缘体,但在闪电面前,原本绝缘的空气也会变成导体。


▲特高压短路接地测试

所以, 研发特高压必然面临变压器绝缘的难题,日常可见的橡胶手套在8000伏电压下变成导体,即便是绝缘性能最好的陶瓷也只能耐压5万伏。而特高压的标准是直流800千伏,交流1150千伏。

怎么办?美国人还真的给出了答案。

那就是采用一种特殊陶瓷,强化绝缘性能。可是当设计稿做出来以后,美国人傻眼了,这个陶瓷制作的特高压变压器,重量高达7000吨以上。

人类有什么办法能把这么一个7000吨的庞然大物轻易地运送到内陆的沙漠里呢?再说了变压器又不止一个,一条线路可能有几十个,怎么送?沿着这条输电线挖一条运河么?

所以美国人很快就放弃了,虽然美国电网技术古老,损耗严重,还互相不通。但超高压都用了这么多年了,凑合着过吧。

03.

美国人可以凑合,但中国人不能。

美国电网虽然三分天下,可好歹自然资源丰富,各个区域发电相对容易。

而中国国土面积25%的沿海地区产出了40%的GDP,但所能提供的能源仅占0.4%。如果不能解决特高压难题,西电东送工程就是一个巨大的耗能工程,光输电途中的损耗就要超过15%。

2020年全社会用电量75110亿千瓦时,所需电量越大损耗就越大,但这么高的损耗是不可容忍的。

可面对十几条规划线路,一千多个变压器,中国人要怎么办呢?

答案是用纸。



用纸并非美国人想不到,只是中国某些基础科学领域超过了美国而已。以绝缘纸为主要绝缘材料制成的变压器,重量从7000吨锐减至500吨。

听起来非常成功,实际上并非如此。500吨是什么概念?

最牛的超载大货车也不过一百五十吨,现在要运送三台“超载王”,而且不能拆分,不能受撞击变形,甚至里边不允许进一粒灰尘,仅基础设施一项就足够大多数国家头疼的。


▲要运的就是这个方盒子

要运送这个重型装备,需要特制的运输车:



这玩意儿由万山特车提供,这是一家专门提供重型运载车的国内公司,这种特殊载重车有256个轮子,长达85米,简直就是“陆地巡洋舰”。大家可以想像一下,这么大的车子,在盘山路上怎么转弯?


▲特高压变压器从拓宽弯道通过

为了让这艘“陆地巡洋舰”畅通无阻,特高压变压器在关键路段都会有警车开路,所有途经的线路都必须预先计算承重能力,每一个弯道都必须精确计算其半径。如果认为无法通过,该拓宽的拓宽,该加固的加固。必要时,相关路段要封路保证单向通行。


▲单向通行的特高压运输车

在大多数国家,就算造出了特高压变压器,也没办法通行载重几百吨的运输车,因为这么大的运输车不可能在土石路面通行,对桥梁载重能力的要求也特别变态,转运时还得随时调用500吨级特种吊机。


▲这种吊机是固定式的

有报道认为,中国为巴基斯坦修建的直流输电项目之所以选择660千伏直流输电而不是特高压,原因之一就在于巴基斯坦的基础设施无法保证特高压设备的部署。



截至目前,全国建成特高压输电线路已达23条,基本实现西电东送的目标。


在特高压的加持下,“智能电网”这个美国人吹的牛才有了实现的可能。

04.

新能源革命的核心要义并非是用绿色能源替代化石能源,而是用电能替代化石能。

我国所有石油产品中,燃料油占80%,即大部分进口石油的最终用途是车辆燃油。要解决石油依赖,新能源汽车替代燃油车仅仅是表象,全国一盘棋的超级电网才是强化西部能源开发的决定性技术。

想像一下,以往需要卡车运输的发电煤炭,如果以特高压电网输送,损耗还不到4.3%,远小于铁路、公路运输消耗的石油。一些原本无法被利用的能源,现在也可以并网发电。


我国最大的能源省份是山西,这种说法其实不严谨,因为山西的煤炭可以运输,所以他才是最大的能源省份。但如果拼发电资源,山西不一定比新疆强。

新疆占我国国土面积六分之一,除了种棉花和番茄的耕地,到处是戈壁滩,这些地方都有成为光热电站或者风力电站的潜力。

显然,这种资源是不可能用道路运输的,但是特高压普及之后,能源格局发生了根本性的变化。原本在小范围电网中被认为是“调峰杀手”的风能发电(随机性太强),在足够大的电网中就不是什么缺点。

新疆人民进入电力公司,就可以获得一笔稳定的收入,分享东部经济发展的红利,带动整个地区的经济发展。这样的电力输出无需卡车运煤,仅此一项就可以节约29%的石油消耗,可以从根本上改善我国的能源困局。

其实,美国人这些年又是搞页岩油又是轰炸中东,本质也不过是为了能源安全。

新能源革命从根本上解决石油问题,美国人想了几十年,吹了几十年,至今还是原地踏步。

而中国人却真正脚踏实地的做了出来,这个牛是美国人吹出来的,却被中国人实现了。


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