北達科他州的狂風常年不斷。在亞利桑那州，幾乎每天都陽光普照。美國擁有大量的可再生電力資源，等待在這些地區開發，但那裡沒有的是電力線——能夠將豐富的能源輸送到遙遠的城市和工業中心的大型電力線，這些地方正需要能源。
風力強勁的高原和陽光炙烤的莫哈韋沙漠之外的情況也是如此：可再生能源供應和電力需求很少在同一個地方，而且連線它們的輸電線路往往缺失。即使在新英格蘭，這種差距也依然存在，成百上千英里的高壓電線由數千座鋼塔支撐，整齊地穿過人口稠密的地區。當新英格蘭 ISO（負責該六州地區的輸電）的執行長戈登·範·維勒展開該地區的地圖時，大的橢圓形顯示了最佳風力發電場的所在地：佛蒙特州靠近魁北克邊境，緬因州東部蔓延到新不倫瑞克省。但果不其然，沒有輸電線路橫穿它們。
美國擁有自然資源、技術和資金，可以大規模轉向可再生能源，此舉將降低燃煤發電廠排放的溫室氣體和形成霧霾的汙染物，同時還能騰出天然氣用於更佳用途。缺少的是一個高壓輸電骨幹網，使這一未來成為現實。在一些地方，仍處於起步階段的風力發電已經遇到了電網的限制。“可再生資源的潛力大多傾向於我們沒有強大的現有輸電基礎設施的地方，”範·維勒說。相反，幾十年來，電力公司一直在靠近客戶的地方建造燃煤、核能、天然氣和燃油發電機。
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這種策略在最近之前一直執行良好，當時 28 個州政府制定了“可再生能源組合標準”，要求其公用事業公司使用可再生能源（例如，到 2020 年或更早達到 20%）供應一定比例的電力。但正如加利福尼亞州帕洛阿爾託電力研究所前所長庫爾特·E·耶格爾指出的那樣，在“我們擁有一個電力系統，一個電網，能夠吸收間歇效能源而無需建造大量備用電力（化石燃料）來支援它之前”，這些標準“毫無價值”。
在科羅拉多州，為該州大部分地區提供公用事業服務的 Xcel Energy 公司目前正在為每兆瓦的風力發電量建設一兆瓦的天然氣發電能力，以便它能夠在風力減弱時迅速上線供電。該計劃在碳排放方面有所改進，但並非真正的碳解決方案。美國需要一個新的輸電骨幹網，橫跨全國，將許多大型風力發電場、太陽能發電場、地熱池、水力發電機和其他替代能源連線在一起。
一家公用事業公司已經公佈了一項宏偉的美國計劃，其他專家也在規劃他們自己的骨幹網方案。但是，無論哪一種方案最終勝出，都需要大量的資金，以及跨越目前獨立的科技和政治控制領域的協調。
瓶頸也將受益
甚至在強調氣候變化之前，改造電網的理由也越來越多。其中最主要的是扼殺電力流動的瓶頸。
北美實際上被四個區域電網覆蓋（其中三個為美國服務）。最大的是東部互聯電網，這是一個廣泛的輸電線路網路，從哈利法克斯延伸到新奧爾良，配有變電站，將高壓電降至較低水平，以便可以沿著較小的電線在當地分配。落基山脈以西是西部互聯電網，從不列顛哥倫比亞省到聖地亞哥，以及墨西哥的一小部分地區。德克薩斯州以其作為獨立共和國的歷史為呼應，組成了自己的電網，現在稱為德克薩斯州電力可靠性委員會。魁北克省也因其分離主義的暗流而擁有自己的電網。這四個地區的總高壓輸電系統包含約 20 萬英里的電力線，分佈在驚人的 500 個業主手中，這些電力線將電流從約 6,000 家投資人所有的公用事業公司、公共電力系統和合作社運營的 10,000 多家發電廠輸送出來。
這四個互聯電網透過短距離高壓線路連線，但它們提供的容量遠不足以在兩者之間來回輸送足夠的電力，更不用說處理數千個可再生能源的額外負擔了，這些可再生能源的輸出是間歇性的，有時難以預測。互聯電網內的輸電線路同樣不足，受到不斷增長的電力需求的壓力。因此，整個電網更容易發生停電。
北美電力可靠性公司（為美國和加拿大部分地區的系統制定執行標準）總裁裡克·塞爾格爾說：“輸電系統比以往任何時候都更接近其極限。”電力行業的重組也創造了更多分散的買家和賣家，但連線它們的管道幾乎沒有變化。
即使在單個大型公用事業公司的範圍內，輸電情況也不容樂觀。以美國電力公司 (AEP) 為例，該公司為美國中西部地區的廣大區域提供服務。在整個 1980 年代，其系統中心附近的關鍵高壓鏈路就像一條閉塞的動脈。瓶頸位於兩個大多數電力使用者從未聽說過的地方之間：弗吉尼亞州的卡納瓦和西弗吉尼亞州的馬特·芬克。有時，這條線路會阻礙整個系統，限制從伊利諾伊州、印第安納州、肯塔基州和俄亥俄州數十家燃煤電廠輸送充足、廉價的電力到急需能源的東海岸市場，東海岸市場不得不轉而依賴當地由更昂貴的天然氣或石油驅動的發電機。
這條線路的額定電壓高達行業最高水平——765 千伏的龐然大物，塔樓高達 13 層，橫跨 200 英尺寬的通行權。但由於電網的設計，它通常被限制在不到一半的容量下執行。電力系統始終必須以這樣一種方式執行，即任何一條線路的故障都不會引發會導致停電的連鎖故障。如果卡納瓦-馬特·芬克線路在滿負荷狀態下跳閘停運，可能會將一股強大的電力流向一條平行的但較小的、額定電壓僅為 345 千伏的線路。那條線路將被擊垮，連鎖反應可能會隨之而來。
閉塞始於 1980 年代，當時每年有幾個小時，線路限制阻止了本可以為消費者節省開支的區域間電力傳輸。相反，必須建造新的發電廠，或者繼續執行執行成本昂貴的現有電廠，而從經濟角度來看，這些電廠本應關閉。到 1990 年，小時數增加到數百小時，AEP 找到了明顯的補救措施：它決定架設一條平行的線路，額定電壓也為 765 千伏。
從紙面上看，該專案很簡單。該公司已經擁有約 2,000 英里此類線路的數十年運營經驗。建設僅用了 30 個月。這條耗資 3.06 億美元的新線路最終於 2006 年 6 月投入使用。但這發生在花了 14 年時間從管轄部分線路路線的各種司法管轄區（包括兩個州和美國林務局）獲得許可之後。
更令人麻木的是，在這種情況下，想要建造線路的實體與想要透過線路輸電的實體是同一個。現在考慮一下更典型的情況——電力生產商試圖說服另一家公司建造輸電線路——前景變得更加複雜。在過去的二十年中，建造的輸電能力非常少。美國能源部的資料顯示，現有高壓系統中 70% 的系統已經使用了 25 年或更長時間。
宏偉計劃
電力系統支撐著現代生活的幾乎方方面面，從供水和鋼鐵廠到交通訊號燈和網際網路。雖然我們認為它是一個國家機構，但它實際上是 500 個業主之間的封建系統。電力流的控制也被分散在數十個司法管轄區，這是電網歷史的遺留物；它是由許多小型系統和地方監管機構共同發展起來的，直到今天仍未融合。
由於卡納瓦-馬特·芬克線路等內部複雜性而感到沮喪，AEP 去年與能源部合作，重新思考全國的電網。結果——能源部探索如何到 2030 年從風力發電中獲得美國 20% 的電力的一部分——是一項國家高壓輸電骨幹網計劃。這個 22,000 英里的系統對於電力而言，就像州際公路系統對於交通運輸而言一樣，能夠實現一種適合於碳意識時代的不同型別的能源經濟。
該計劃不會擴充套件當今的輸電系統，該系統的執行電壓通常不高於 345 千伏。相反，它將疊加在輸電系統之上，具有各種入口和出口匝道。骨幹網將在整個大陸以極高壓等級（765 千伏）輸送電力，這將使典型的 3% 至 8% 的系統損耗降低到約 1%。較高的電壓還將比任何較低電壓方案需要的線路更少，這意味著用於通行權的不動產更少。
為了進一步減少損耗，一些長距離線路將使用直流電，而不是大多數系統（以及幾乎所有家庭和企業）執行的常用交流電。雖然直流線路效率很高，但將交流電轉換為直流電並再次轉換回來的裝置效率不高，因此優勢體現在長距離跨度上——例如從風力強勁的高原和陽光明媚的西南部地區到其他地區的跨度。但是，只有當這些跨度穿過人口稀少的地區時，才有意義。AEP 輸電高階副總裁邁克爾·海耶克指出，如果線路從懷俄明州到芝加哥，“我相信愛荷華州或其他州會想接入它。”否則，該線路就像一條沒有立交橋的州際公路，在任何地方都不受歡迎。
事實證明，各種型別的高壓線路長期以來都是可靠的。現在有理由相信，可以有效地控制國家骨幹網。AEP 最近在俄亥俄州哥倫布市附近的新奧爾巴尼開設了一個最先進的輸電控制中心，可以作為全國運營的典範。該中心遠離當地公路，四周環繞著護城河，前面是一個不顯眼的值班室。在內部，巨大的落地式計算機驅動顯示器顯示了 AEP 整個系統的所有電力線和電力流。顯示器可以顯示詳細資訊，細化到各個變電站的變壓器和數千平方英里內的斷路器級別。牆壁大小的監視器還在整個州地圖的大部分割槽域生成霧狀雲，以指示總體電壓趨勢：白色表示良好，橙色表示不好，紅色表示更糟。
AEP 建立該中心的主要動機是透過更好地即時監控每條線路、更好地組織所有資料以及更好地向操作員呈現診斷資訊，來防止再次發生像 2003 年 8 月那樣的大停電。當時，鄰近的公用事業公司 First Energy 失去了對哪些裝置正在執行和哪些裝置沒有執行的跟蹤，這導致連鎖反應開始。在幾秒鐘內，停電席捲俄亥俄州，蔓延到底特律，向上穿過安大略省，然後返回紐約州。但是，除了防止此類停電之外，該中心提供的先進控制水平還將使運營國家骨幹網成為可能。
需要的政治力量
國家能源網的概念並非遙不可及。事實上，美國已經擁有一個非常成功的天然氣網，在遠距離輸送資源方面非常成功，特別是從墨西哥灣到紐約和新英格蘭。但它是用於天然氣的，而不是電力。它的存在是因為在 1940 年代，國會為天然氣建立了國家監管體系。電力則留給各州甚至城鎮進行監管。
因此，可再生能源和效率方面的前助理能源部長安德魯·卡斯納說，該國擁有“熱值流動性”，但沒有“電子流動性”。廢除封建輸電法規，改為類似的國家規則，將需要華盛頓的強有力領導。卡斯納指出，第一步是將輸電改革作為優先事項。“停止民選官員之間的空談，”他說。
可能已經存在監管槓桿。《2005 年能源法案》賦予能源部“後備權力”，可以透過指定“國家利益電力傳輸走廊”來批准新的電力線，即使州政府反對。但一些公用事業高管認為，能源部在使用該權力方面過於猶豫。能源部的官僚們行動謹慎，因為在他們嘗試過的兩個地點，一個在東北部，一個在西南部，他們都引發了強烈的反應。例如，在東北部案例中，來自賓夕法尼亞州的民主黨參議員小羅伯特·P·凱西迅速召集了其他 13 位參議員，要求就如何使用該權力舉行聽證會。他說，這種權力的行使表明“聯邦政府表現出一種傲慢的態度，這種態度破壞了對政府的信心”。翻譯過來就是：即使可能存在架設輸電線路的法律授權，也可能不存在政治共識。
當然，另一個問題是成本。能源部的風力報告估計，國家骨幹網的價格為 600 億美元——這是一個驚人的數字，至少在去年秋天股市暴跌之後，各種聯邦政府的救助開始出現之前是這樣。更好的電網是否會被奧巴馬政府視為值得刺激支出的基礎設施投資尚不清楚；這項工作不會創造大量的就業機會，只會緩慢地創造經濟效益。
但即使是非常大的投資，與不得不使用昂貴的當地發電而不是來自偏遠地區更便宜的可再生能源的成本相比，也可能顯得微不足道。例如，在康涅狄格州，東北公用事業公司最近完成了一條從伯特利到諾沃克的 20 英里線路，耗資 3.36 億美元，但在第一年就節省了近 1.5 億美元。這條線路將執行數十年。根據能源部的資料，全國每年的電費約為 2470 億美元，這意味著成本的小幅下降就可以為數百億美元的投資提供資金。
實施這種更廣泛的思考方式將需要真正的國家能源戰略，而不是州一級的能源戰略。類似的問題在全球範圍內以不同的程度重複出現。地球政策研究所所長萊斯特·布朗說，世界必須用風力發電取代煤炭發電的 40%，即 150 萬臺額定功率為 2 兆瓦的風力渦輪機。但他承認，輸電是一個“棘手的情況”。
顯然，建設國家輸電系統在美國的能力範圍之內。“州際公路系統不是由各個州設計並粘合在一起的，”布朗指出。“無論如何，如果它變得足夠重要，我們就會去做。”
注：本文最初印刷時標題為“為電網注入活力”。