將電力從發電廠輸送到各地的輸電網是美國基礎設施的重要組成部分。它也很善於隱藏自身的缺陷。人們可能會注意到橫跨地面的鐵塔和電線，或者將電壓降低以便將電力分配到家庭和企業的當地變電站，但輸電網不像高速公路那樣顯示擁堵，也不像爆裂的水管那樣顯示洪水。儘管如此，電網仍需進行重大升級。如果美國要從骯髒的化石燃料轉向更清潔、更可再生的風能和太陽能——甚至核能——就必須大幅擴充套件輸電系統，以到達陽光最充足、風力最強勁的偏遠沙漠和高原。此外，如果美國想要保護自己免受日益嚴重的停電的影響（停電每年造成的損失達數百億美元甚至更多），它還需要對電網進行現代化改造。
那麼，我們如何建設這個超級電網呢？經過多年的爭論，大多數工程師都認為，應該在老舊、零散、負擔過重的系統之上增加一個現代化的覆蓋層，建立一個主幹網，透過使用更高的電壓並延伸到更偏遠的地區來提高容量。奧巴馬政府 2009 年的刺激計劃撥款 65 億美元信貸，供聯邦機構建設輸電線路，並提供 20 億美元的貸款擔保給私營公司，因此已經有資金可以啟動。建設超級電網將需要幾個重大的技術步驟，以及一個政治步驟。
建設，寶貝，建設
第一步就是簡單地架設更多的輸電線路，特別是從潛在的可再生能源熱點地區延伸到目前依靠燃煤電廠滿足需求的不斷增長的城市。新的線路還將幫助區域公用事業公司在有盈餘電力時將其出售給遠方的公用事業公司。
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大規模建設早就應該進行了。正如美國“首席投資官”巴拉克·奧巴馬在 2009 年 10 月談到當前系統時所說的那樣：“試想一下，在州際公路系統建成之前，20 世紀 20 年代和 30 年代這個國家的交通狀況。那是一個由維護不善的鄉間小路組成的迷宮，這些小路很少是往返於 A 點和 B 點之間最快或最有效的方式。”
在過去的十年裡，每年只建成了 1000 多英里的高壓輸電線路。但美國國家可再生能源實驗室 1 月份釋出的一項研究得出結論，用風能供應全國 20% 的電力將需要 22700 英里的新州際電氣高速公路，這還不包括現有的 16 萬多英里的高壓線路。工人豎立電線的景象將比工程隊修路的景象更為常見。
除了連線可再生能源外，更多的線路還將解決一個棘手的盈餘問題。在當今越來越多的市場中，即使電力需求很低，某些發電廠也必須執行，以保持整個系統的電壓穩定，但它們實際生產的電力卻沒有需求。在夜間，當風力通常很大時，可能沒有地方可以輸送它們產生的電力。在這些情況下，一些輸電管理者（如加州獨立系統運營商）被迫向風電場等發電企業付費以削減其產量。如果這仍然超過需求，“你就得花錢請人來接收[電力]”，加州運營商執行長亞庫特·曼蘇爾 lament 抱怨道。
這種不平衡會使清潔、可再生的能源變得異常昂貴。當風力強勁時，迫使風力渦輪機停止發電會很快使其變得不經濟。電氣高速公路可以稀釋盈餘，將其輸送到確實需要電力但地處偏遠的客戶。更多的線路還可以幫助將電壓浪湧和驟降分散到更大的供應商和消費者區域，從而可以在不產生危險的電壓尖峰或惱人的停電或電壓驟降的情況下吸收波動。
更多的線路也將使大規模能源儲存設施更具可行性。夜間多餘的風能可以透過許多技術儲存起來，這些技術可以在第二天需要時發電：大型電池、飛輪、壓縮空氣室、抽到高處的水（以後可以從渦輪機落下）、加熱到以後驅動蒸汽渦輪機的熔鹽罐等等。但電力首先需要到達這些設施。
抽上來
更多的輸電線路將更好地連線發電機和使用者。但是，以更高的電壓傳輸電力（超級電網的第二步）將減少沿線路的損耗，從而節省資金並減少跨越山丘和山谷的電力線的佔地面積。
電力線上路上傳輸時主要以熱量的形式損失，但隨著電壓升高，損耗會顯著下降。東北公用事業公司輸電部門經理詹姆斯·A·蒙茨希望從加拿大進口更多電力，他計算了 800 兆瓦 (MW) 負載的 100 英里線路的大幅損耗降低量，這大約相當於一個大型燃煤電廠的輸出功率。如果線路以 345 千伏 (kV) 的電壓執行（當今許多主幹線路使用的電壓等級），則會損失 19.8 兆瓦的電力。在 765 千伏電壓下（美國執行的最高電壓，但未廣泛使用），僅損失 3.45 兆瓦，約為 345 千伏電壓下損耗的六分之一。對於 1100 千伏電壓線路，損耗僅為 1.91 兆瓦。蘇聯曾經執行過一條 1150 千伏電壓線路，日本也有一條類似的線路，中國正在建設幾條。
除了每天為公用事業公司節省資金外，更高的電壓還可以幫助區域規劃人員減少電力線所需的土地和建設成本。美國電力公司輸電主管邁克爾·海耶克表示，一條 765 千伏電壓線路可以輸送的能量相當於六條 345 千伏電壓線路，美國電力公司是美國最大的此類線路運營商。一條 765 千伏電壓線路沿地面的佔地寬度為 200 英尺，但六條 345 千伏電壓線路需要 900 英尺。然而，標準的 765 千伏電壓電力線塔高 135 到 150 英尺，明顯高於通常高 110 到 125 英尺的 345 千伏電壓塔。隨著電壓升高，線路需要更高的離地間隙，但公眾普遍認為更高的塔更具視覺侵擾性。
2008 年 1 月，美國電力公司和美國能源部公佈了一項可能的計劃，即在現有輸電系統上鋪設全國性的 765 千伏電壓主幹網（就像州際公路覆蓋當地道路一樣），以大大擴充套件電網的容量並降低其損耗。主幹網將需要 22000 英里的 765 千伏電壓線路，其中 3000 英里已經存在。該網路將耗資約 600 億美元。但由於損耗顯著降低，並且昂貴的當地電力可以更容易地被電網目前無法到達的地方的廉價電力取代，因此每年可以節省數十億美元。
採用直流電
為了進一步減少損耗，工程師建議，在最繁忙的走廊上，線路應使用直流電，而不是幾乎所有家庭和企業都使用的標準交流電。蒙茨計算得出，相同的 100 英里線路負載相同的 800 兆瓦，但以 500 千伏直流電執行，將損失 3.82 兆瓦，不到相同電壓下交流電損耗的一半。將線路電壓提高到 800 千伏，損耗將降至 1.5 兆瓦，也低於 765 千伏交流電線路的一半。
直流電適用於點對點傳輸，中間沒有停靠站。它已經用於魁北克北部的水電站和新英格蘭之間，以及俄勒岡州哥倫比亞河上的水壩和南加州之間。在這些情況下，選擇直流電是因為它效率高且可控。交流電沿著阻力最小的路徑流動，像山頂上的水一樣沿著各種溪流滴落到山腳下的水池中。直流電線路就像從頂部到底部的管道，帶有一個可以即時調節的泵。
控制很重要，因為電網的巴爾幹化性質，它由數百個擁有不同所有者的本地網路組成。當賣方將電力傳送給遠方的買方時，電力將沿著它選擇的任何線路流動，這可能會導致終點之間各個地方的過載，而這些地方與交易沒有任何商業關係。
過去幾年，新澤西州海岸和紐約長島南側之間以及橫跨長島海峽到康涅狄格州之間開通了直流電纜。在這兩種情況下，找到一條可接受的水下路線都比在高度擁擠的大都市區更容易，而且這些線路提供了快速的電力流。53 英里長的跨海灣電纜最近在舊金山灣底部開通，可傳輸 400 兆瓦電力。控制非常平穩，以至於公用事業官員關閉了舊金山相對較髒的發電站，這些發電站以前是為了提高該地區交流電網路的電壓和頻率穩定性而執行的。
儘管直流電線路具有優勢，但只有在長距離安裝時才值得。這是因為每端都需要特殊的換流站，以將交流電轉換為直流電，然後再轉換回來。轉換需要大量的電子裝置，每端會消耗約 1% 的電力。電力研究所輸電主管安德魯·菲利普斯表示，隨著成本下降，盈虧平衡點已降至約 300 至 350 英里，而 15 年前為 500 英里。
如果配置得當，長距離直流電線路可以形成一個橫跨大陸的主幹網，這將不同於美國電力公司採用直流電較少的 765 千伏電壓計劃。美國國家可再生能源實驗室的研究呼籲從平原各州到大西洋沿岸建立 10 條大型 800 千伏東西向直流電連線線，儘管該研究沒有具體說明路線。在中西部風電場為東海岸供電的會議上，中西部獨立系統運營商輸電技術主管戴爾·奧斯本表示，直流電是唯一能保證電力準確到達所需地點的技術。複雜之處在於，在中間點接入線路（相當於高速公路立交橋）極其昂貴。
將全國編織在一起
更多長距離輸電線路，無論採用交流電還是直流電，電壓更高，都可以形成一個超級電網，加強和擴充套件現有的輸電系統。然而，這些線路的建設規模必須大於傳統的規劃實踐。對於直流電線來說，挑戰尤其嚴峻：交流電線路可以分段延長，就像一次延長几英里的道路一樣，但直流電線路就像一座橋樑，有固定的起點和終點。
輸電幾乎總是在一個公用事業公司或兩個相鄰公用事業公司的管轄範圍內零散建設的。新線路的選址和獲得通行權始終面臨官僚障礙，並且通常會遭到公眾的反對。第三個挑戰在全國範圍內出現，因為美國本土 48 個州分為三個巨大的電網：從落基山脈向東延伸的東部互聯電網、從落基山脈向西延伸的西部互聯電網和得克薩斯州。幾十年來，這三個電網在很大程度上一直作為獨立的島嶼執行，而東部網路也像拼圖遊戲一樣細分為各個區域。
為了實現現代化，東部互聯電網的區域運營商在 2009 年公佈了一項全系統升級計劃，該計劃將使風力發電能夠滿足電網到 2024 年 20% 的能源需求。該計劃呼籲鋪設 15000 英里的覆蓋輸電線路，其中一半將是直流電。地圖沒有具體說明路線，但線路可以沿著現有的公用事業通行權或沿著鐵路線甚至高速公路執行。
該計劃部分因成本如何分攤而受阻。一種選擇是“商業”線路，相當於私營公司建造的收費公路，今天已經存在一些。但這種安排僅在買方和賣方可以精確連結時才有效，這意味著，僅適用於直流電。交流電線路的一種選擇是在將要服務的發電機和消費者之間分攤成本；然而，一些嘗試過這種方案的區域輸電組織在公式上存在長期爭論。西南電力池提出了一項成本分攤系統，該系統於 6 月獲得聯邦能源監管委員會的批准，根據該系統，較高電壓的線路被視為高速公路，成本在該地區所有公用事業公司之間分攤。較低電壓的線路被視為旁路；像當地街道一樣，它們的成本由當地承擔。中等電壓線路的成本將分攤。
但這種安排不適用於直流電，因為這些線路對任何不在兩端的人都沒有好處。一條從達科他州開始到芝加哥結束的線路對明尼蘇達州、威斯康星州和艾奧瓦州來說毫無用處。對於這樣一條線路，輸電成本可能會計入電費，魁北克水電公司正在一條將為新英格蘭供電的新線路中嘗試這種技術。
當紐約州和新英格蘭州聲稱該計劃偏向於開發大平原上的風能並將其輸送到東海岸時，陷入困境的東部互聯電網計劃最終破裂。東部各州表示，該計劃將排除開發大西洋沿岸風力資源的可能性，因此退出了。
在新墨西哥州，在三個大型互聯電網交匯處附近的一個地點，正在進行一項不同的嘗試，以整合這三個大型電網。
這三個系統現在沒有連線，因為它們的交流電沒有同步。在每個電網中，電子每秒交替方向 60 次，在完全相同的時刻，就像火箭女郎在合唱隊中跳舞一樣。但這三組電流沒有一起跳舞；它們的定時器不同。
在它們之間交換能量需要將一個地區的交流電轉換為直流電，將其連線到相鄰地區，然後再以正確的同步性將其轉換為交流電。三個互聯電網之間存在八個直流電連線，但它們只能傳輸 1500 兆瓦的電力，相當於兩個大型燃煤電廠。
一家名為 Tres Amigas 的私營企業提議在新墨西哥州克洛維斯建立一個單一的傳輸站，該站將在更大範圍內在這三個互聯電網之間轉移電力。矽基電力電子裝置——不是計算機中指甲大小的晶片，而是像一疊餐盤大小的半導體塊——會將交流電的流動切成小塊，並將其重新組裝成直流電。然後電流將透過損耗極低的超導電纜移動到另一個終端，在那裡，更多的半導體將電力重新組裝成交流電。據估計耗資 10 億美元的傳輸站可以處理 5000 兆瓦的電力流量，如果設計出更強大的電力電子裝置，則可以擴充套件到 30000 兆瓦。巨大的連線將充當這三個系統的錨點，傳輸電力並抵消電壓不穩定性。
Tres Amigas 將透過收取電力傳輸費用以及可能透過促進電力買賣市場（如紐約證券交易所對股票所做的那樣）來賺錢。它還可以將其電壓和頻率穩定性作為服務出售。
不過，障礙依然存在。例如，得克薩斯州目前不受聯邦能源監管委員會的監管，那裡的公司也不想受到監管。然而，該州可能會受益。“得克薩斯州已經建設了所有這些風力發電，但卻陷入了困境”，因為沒有足夠的當地客戶購買它，Tres Amigas 執行長兼全國最大的獨立系統運營商 PJM 前總裁菲利普·G·哈里斯說。其他可再生能源豐富的地區也將有辦法輸送電力。
行動還是阻礙
真正國家超級電網面臨的最大障礙之一是地理和財務規模。為了讓聯邦政府像組織和資助州際公路一樣組織和資助它，可能需要一項強有力的國家可再生能源授權。另一條途徑是為碳基燃料或二氧化碳排放設定可靠的價格，這既可以創造一筆資金，也可以為可再生能源提供優勢，從而刺激私營部門為輸送可再生能源的超級電網提供資金。
然而，目前的前景尚不確定。輸電規劃仍然是一項州級工作，因為州通常控制土地使用決策。卡內基梅隆大學電力行業中心執行主任傑伊·阿普特總結道，如果沒有可再生能源授權或碳費的強力推動，“似乎沒有多少人願意制定國家輸電計劃”。
事實上，今年 3 月，一個新成立的公平輸電政策聯盟（由大型投資者擁有的公用事業公司、公共電力合作社、國會民主黨人和共和黨人以及州能源官員組成）表示反對建立一個強大的、集中規劃和廣泛融資的國家電網，以促進可再生能源的發展。該組織正試圖阻止聯邦能源監管委員會批准一系列從大陸中部風力豐富的地區到全國負荷中心的主要輸電通道。其他批評人士質疑委員會是否有權批准此類線路。俄勒岡州參議員羅恩·懷登是該聯盟的成員，他將擬議的輸電線路比作天然氣管道，這些管道將在紐約和北加州之間輸送燃料，但可能會經過俄勒岡州，“而我的州的人民卻沒有直接受益”。然而，現代化的網路可以透過為各地互聯的電網帶來更高效、更便宜的電力並降低停電的可能性，使所有州的人民受益。