北达科他州的狂风常年不断。在亚利桑那州，几乎每天都阳光普照。美国拥有大量的可再生电力资源，等待在这些地区开发，但那里没有的是电力线——能够将丰富的能源输送到遥远的城市和工业中心的大型电力线，这些地方正需要能源。
风力强劲的高原和阳光炙烤的莫哈韦沙漠之外的情况也是如此：可再生能源供应和电力需求很少在同一个地方，而且连接它们的输电线路往往缺失。即使在新英格兰，这种差距也依然存在，成百上千英里的高压电线由数千座钢塔支撑，整齐地穿过人口稠密的地区。当新英格兰 ISO（负责该六州地区的输电）的首席执行官戈登·范·维勒展开该地区的地图时，大的椭圆形显示了最佳风力发电场的所在地：佛蒙特州靠近魁北克边境，缅因州东部蔓延到新不伦瑞克省。但果不其然，没有输电线路横穿它们。
美国拥有自然资源、技术和资金，可以大规模转向可再生能源，此举将降低燃煤发电厂排放的温室气体和形成雾霾的污染物，同时还能腾出天然气用于更佳用途。缺少的是一个高压输电骨干网，使这一未来成为现实。在一些地方，仍处于起步阶段的风力发电已经遇到了电网的限制。“可再生资源的潜力大多倾向于我们没有强大的现有输电基础设施的地方，”范·维勒说。相反，几十年来，电力公司一直在靠近客户的地方建造燃煤、核能、天然气和燃油发电机。
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这种策略在最近之前一直运行良好，当时 28 个州政府制定了“可再生能源组合标准”，要求其公用事业公司使用可再生能源（例如，到 2020 年或更早达到 20%）供应一定比例的电力。但正如加利福尼亚州帕洛阿尔托电力研究所前所长库尔特·E·耶格尔指出的那样，在“我们拥有一个电力系统，一个电网，能够吸收间歇性能源而无需建造大量备用电力（化石燃料）来支持它之前”，这些标准“毫无价值”。
在科罗拉多州，为该州大部分地区提供公用事业服务的 Xcel Energy 公司目前正在为每兆瓦的风力发电量建设一兆瓦的天然气发电能力，以便它能够在风力减弱时迅速上线供电。该计划在碳排放方面有所改进，但并非真正的碳解决方案。美国需要一个新的输电骨干网，横跨全国，将许多大型风力发电场、太阳能发电场、地热池、水力发电机和其他替代能源连接在一起。
一家公用事业公司已经公布了一项宏伟的美国计划，其他专家也在规划他们自己的骨干网方案。但是，无论哪一种方案最终胜出，都需要大量的资金，以及跨越目前独立的科技和政治控制领域的协调。
瓶颈也将受益
甚至在强调气候变化之前，改造电网的理由也越来越多。其中最主要的是扼杀电力流动的瓶颈。
北美实际上被四个区域电网覆盖（其中三个为美国服务）。最大的是东部互联电网，这是一个广泛的输电线路网络，从哈利法克斯延伸到新奥尔良，配有变电站，将高压电降至较低水平，以便可以沿着较小的电线在当地分配。落基山脉以西是西部互联电网，从不列颠哥伦比亚省到圣地亚哥，以及墨西哥的一小部分地区。德克萨斯州以其作为独立共和国的历史为呼应，组成了自己的电网，现在称为德克萨斯州电力可靠性委员会。魁北克省也因其分离主义的暗流而拥有自己的电网。这四个地区的总高压输电系统包含约 20 万英里的电力线，分布在惊人的 500 个业主手中，这些电力线将电流从约 6,000 家投资人所有的公用事业公司、公共电力系统和合作社运营的 10,000 多家发电厂输送出来。
这四个互联电网通过短距离高压线路连接，但它们提供的容量远不足以在两者之间来回输送足够的电力，更不用说处理数千个可再生能源的额外负担了，这些可再生能源的输出是间歇性的，有时难以预测。互联电网内的输电线路同样不足，受到不断增长的电力需求的压力。因此，整个电网更容易发生停电。
北美电力可靠性公司（为美国和加拿大部分地区的系统制定运行标准）总裁里克·塞尔格尔说：“输电系统比以往任何时候都更接近其极限。”电力行业的重组也创造了更多分散的买家和卖家，但连接它们的管道几乎没有变化。
即使在单个大型公用事业公司的范围内，输电情况也不容乐观。以美国电力公司 (AEP) 为例，该公司为美国中西部地区的广大区域提供服务。在整个 1980 年代，其系统中心附近的关键高压链路就像一条闭塞的动脉。瓶颈位于两个大多数电力用户从未听说过的地方之间：弗吉尼亚州的卡纳瓦和西弗吉尼亚州的马特·芬克。有时，这条线路会阻碍整个系统，限制从伊利诺伊州、印第安纳州、肯塔基州和俄亥俄州数十家燃煤电厂输送充足、廉价的电力到急需能源的东海岸市场，东海岸市场不得不转而依赖当地由更昂贵的天然气或石油驱动的发电机。
这条线路的额定电压高达行业最高水平——765 千伏的庞然大物，塔楼高达 13 层，横跨 200 英尺宽的通行权。但由于电网的设计，它通常被限制在不到一半的容量下运行。电力系统始终必须以这样一种方式运行，即任何一条线路的故障都不会引发会导致停电的连锁故障。如果卡纳瓦-马特·芬克线路在满负荷状态下跳闸停运，可能会将一股强大的电力流向一条平行的但较小的、额定电压仅为 345 千伏的线路。那条线路将被击垮，连锁反应可能会随之而来。
闭塞始于 1980 年代，当时每年有几个小时，线路限制阻止了本可以为消费者节省开支的区域间电力传输。相反，必须建造新的发电厂，或者继续运行运行成本昂贵的现有电厂，而从经济角度来看，这些电厂本应关闭。到 1990 年，小时数增加到数百小时，AEP 找到了明显的补救措施：它决定架设一条平行的线路，额定电压也为 765 千伏。
从纸面上看，该项目很简单。该公司已经拥有约 2,000 英里此类线路的数十年运营经验。建设仅用了 30 个月。这条耗资 3.06 亿美元的新线路最终于 2006 年 6 月投入使用。但这发生在花了 14 年时间从管辖部分线路路线的各种司法管辖区（包括两个州和美国林务局）获得许可之后。
更令人麻木的是，在这种情况下，想要建造线路的实体与想要通过线路输电的实体是同一个。现在考虑一下更典型的情况——电力生产商试图说服另一家公司建造输电线路——前景变得更加复杂。在过去的二十年中，建造的输电能力非常少。美国能源部的数据显示，现有高压系统中 70% 的系统已经使用了 25 年或更长时间。
宏伟计划
电力系统支撑着现代生活的几乎方方面面，从供水和钢铁厂到交通信号灯和互联网。虽然我们认为它是一个国家机构，但它实际上是 500 个业主之间的封建系统。电力流的控制也被分散在数十个司法管辖区，这是电网历史的遗留物；它是由许多小型系统和地方监管机构共同发展起来的，直到今天仍未融合。
由于卡纳瓦-马特·芬克线路等内部复杂性而感到沮丧，AEP 去年与能源部合作，重新思考全国的电网。结果——能源部探索如何到 2030 年从风力发电中获得美国 20% 的电力的一部分——是一项国家高压输电骨干网计划。这个 22,000 英里的系统对于电力而言，就像州际公路系统对于交通运输而言一样，能够实现一种适合于碳意识时代的不同类型的能源经济。
该计划不会扩展当今的输电系统，该系统的运行电压通常不高于 345 千伏。相反，它将叠加在输电系统之上，具有各种入口和出口匝道。骨干网将在整个大陆以极高压等级（765 千伏）输送电力，这将使典型的 3% 至 8% 的系统损耗降低到约 1%。较高的电压还将比任何较低电压方案需要的线路更少，这意味着用于通行权的不动产更少。
为了进一步减少损耗，一些长距离线路将使用直流电，而不是大多数系统（以及几乎所有家庭和企业）运行的常用交流电。虽然直流线路效率很高，但将交流电转换为直流电并再次转换回来的设备效率不高，因此优势体现在长距离跨度上——例如从风力强劲的高原和阳光明媚的西南部地区到其他地区的跨度。但是，只有当这些跨度穿过人口稀少的地区时，才有意义。AEP 输电高级副总裁迈克尔·海耶克指出，如果线路从怀俄明州到芝加哥，“我相信爱荷华州或其他州会想接入它。”否则，该线路就像一条没有立交桥的州际公路，在任何地方都不受欢迎。
事实证明，各种类型的高压线路长期以来都是可靠的。现在有理由相信，可以有效地控制国家骨干网。AEP 最近在俄亥俄州哥伦布市附近的新奥尔巴尼开设了一个最先进的输电控制中心，可以作为全国运营的典范。该中心远离当地公路，四周环绕着护城河，前面是一个不显眼的值班室。在内部，巨大的落地式计算机驱动显示器显示了 AEP 整个系统的所有电力线和电力流。显示器可以显示详细信息，细化到各个变电站的变压器和数千平方英里内的断路器级别。墙壁大小的监视器还在整个州地图的大部分区域生成雾状云，以指示总体电压趋势：白色表示良好，橙色表示不好，红色表示更糟。
AEP 建立该中心的主要动机是通过更好地实时监控每条线路、更好地组织所有数据以及更好地向操作员呈现诊断信息，来防止再次发生像 2003 年 8 月那样的大停电。当时，邻近的公用事业公司 First Energy 失去了对哪些设备正在运行和哪些设备没有运行的跟踪，这导致连锁反应开始。在几秒钟内，停电席卷俄亥俄州，蔓延到底特律，向上穿过安大略省，然后返回纽约州。但是，除了防止此类停电之外，该中心提供的先进控制水平还将使运营国家骨干网成为可能。
需要的政治力量
国家能源网的概念并非遥不可及。事实上，美国已经拥有一个非常成功的天然气网，在远距离输送资源方面非常成功，特别是从墨西哥湾到纽约和新英格兰。但它是用于天然气的，而不是电力。它的存在是因为在 1940 年代，国会为天然气创建了国家监管体系。电力则留给各州甚至城镇进行监管。
因此，可再生能源和效率方面的前助理能源部长安德鲁·卡斯纳说，该国拥有“热值流动性”，但没有“电子流动性”。废除封建输电法规，改为类似的国家规则，将需要华盛顿的强有力领导。卡斯纳指出，第一步是将输电改革作为优先事项。“停止民选官员之间的空谈，”他说。
可能已经存在监管杠杆。《2005 年能源法案》赋予能源部“后备权力”，可以通过指定“国家利益电力传输走廊”来批准新的电力线，即使州政府反对。但一些公用事业高管认为，能源部在使用该权力方面过于犹豫。能源部的官僚们行动谨慎，因为在他们尝试过的两个地点，一个在东北部，一个在西南部，他们都引发了强烈的反应。例如，在东北部案例中，来自宾夕法尼亚州的民主党参议员小罗伯特·P·凯西迅速召集了其他 13 位参议员，要求就如何使用该权力举行听证会。他说，这种权力的行使表明“联邦政府表现出一种傲慢的态度，这种态度破坏了对政府的信心”。翻译过来就是：即使可能存在架设输电线路的法律授权，也可能不存在政治共识。
当然，另一个问题是成本。能源部的风力报告估计，国家骨干网的价格为 600 亿美元——这是一个惊人的数字，至少在去年秋天股市暴跌之后，各种联邦政府的救助开始出现之前是这样。更好的电网是否会被奥巴马政府视为值得刺激支出的基础设施投资尚不清楚；这项工作不会创造大量的就业机会，只会缓慢地创造经济效益。
但即使是非常大的投资，与不得不使用昂贵的当地发电而不是来自偏远地区更便宜的可再生能源的成本相比，也可能显得微不足道。例如，在康涅狄格州，东北公用事业公司最近完成了一条从伯特利到诺沃克的 20 英里线路，耗资 3.36 亿美元，但在第一年就节省了近 1.5 亿美元。这条线路将运行数十年。根据能源部的数据，全国每年的电费约为 2470 亿美元，这意味着成本的小幅下降就可以为数百亿美元的投资提供资金。
实施这种更广泛的思考方式将需要真正的国家能源战略，而不是州一级的能源战略。类似的问题在全球范围内以不同的程度重复出现。地球政策研究所所长莱斯特·布朗说，世界必须用风力发电取代煤炭发电的 40%，即 150 万台额定功率为 2 兆瓦的风力涡轮机。但他承认，输电是一个“棘手的情况”。
显然，建设国家输电系统在美国的能力范围之内。“州际公路系统不是由各个州设计并粘合在一起的，”布朗指出。“无论如何，如果它变得足够重要，我们就会去做。”
注：本文最初印刷时标题为“为电网注入活力”。