中國 14 億人口的用電，在室溫超導實現前需要多複雜的調度？西電東輸的工程，實現起來到底又有多大的挑戰？
今天，我們來看看現在的遠距離傳輸電力是如何做的，還有你用的電都是哪來的 ~
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這是我國的能源分布圖：
這是我國的用電負荷圖：
全國 14 億人口主要集中在東部和中部地區，經濟活動也主要分布在沿海地區。
要保證東部地區正常用電，就隻能從能源豐富的西部、北部地區輸電過來。
但這幾乎要遍布全國的電力調度可不是一個簡單的工程：
幾千公裏怎麽輸過去？電力損耗怎麽辦？要輸多少電？
随便單拎一個問題出來都能碼一篇論文綜述。
而現在除了極個别情況，我們幾乎也不會遇到大規模停電的狀況。
那麽問題來了，調度全國的電力資源滿足 14 億人口的需求，是怎麽做到的？
大家好，我是打工要靠空調續命的差評君，本期視頻就來聊聊我們這日常用的電都是哪裏來的。
這是差評君工作的地兒，差評的同事們要正常上班用電就得向杭州當地的電力公司買電。
杭州當地電力公司的電則由國家電網浙江電力公司調控分配。怎麽個調控？
這是浙江電網今年的用電情況：在七月初真正的三伏天還沒到來時用電負荷就已經破億。
相當于 1.3 億台 1 匹空調同時運行，4.5 個三峽水電站滿負載。
然而省内的電力資源，除了占大頭的 5 千萬千瓦的煤電裝機，在加上一些水電、核電發電廠，最多也隻能支撐起大概七成的用電負荷。
剩下的三成用電負荷，隻能從能源豐富的西部或者北部地區買。
這是浙江從省外運輸電力的三條主力線路。
依靠長江水力發電的發電站擁有豐富的電力資源，平均每年發電分别爲 624.43 億度和 571.2 億度。
而甯東地區憑借着煤礦資源以及天然的風力、太陽能資源，每年大概能向外送出 790 多億度電。
電力資源找到了，但這些發電站到浙江省内動辄一兩千公裏，怎麽傳輸又是個問題。
在目前技術可以實現的前提下，考慮到理論和實際的一些因素，遠距離傳輸電力一般都會選擇特高壓直流。
從理論角度看，選擇特高壓是爲了減少電力在傳輸過程中的損耗。
因爲是遠距離輸電，傳輸過程中導線的電阻 r 就不能夠忽略不計。
我們可以用 P=I1^2r ( " I1 方 r " ) 來表示傳輸途中電線的損耗， I1 是傳輸電流。
其中 r 是确定的，要保證損耗 P 最小，就要保證輸電過程中導線裏流過的電流 I1 最小。
在拉出我們高中就已經學過的變比公式：
K = U1 / U2 = Ⅰ 2 / Ⅰ 1
K 是定值，用戶側的電流 I2 電壓 U2 在特定時間段下一般也不會有很大的波動。
那麽要讓 I1 變小，肯定是 U1 越大越好。
從實際因素考慮，遠距離傳輸電力直流似乎就是不二之選。
首先是線路建設成本上：交流電有三相，在傳輸過程中就需要三條電線。
并且在交流輸電的電流隻在導線表面傳輸，導線中間不會有電流流過，要想傳輸更大的電流，隻能把電線造粗，或者多用幾條導線。
相較之下，直流電就更省事，直流電隻有正負極，兩條線就能傳輸。
無論是表面還是内部，直流電流都可以通過。
傳輸相同的電流，直流電的電線要比交流電的細得多。
其次就是電流損耗問題，相同的傳輸電壓之下，交流輸電在傳輸過程中的損耗也要高于直流輸電。
這是由于交流系統在傳輸過程中，會産生電容和電感。
在用戶端的實際表現就是有功功率和無功功率，隻有有功功率才能發揮實際效用。
所以在電壓相同的情況下，傳輸一樣的電力資源，交流系統的電流就要比直流系統大一點。
而電流大了，傳輸過程中的損耗也就越大。
基于這些考量，遠距離輸電自然就交給特高壓直流去完成。
傳輸的第一步，白鶴灘、溪洛渡水力發電站和甯東的風、光、火發電站先要根據協議，把要傳輸至浙江的電送到各自的換流站處。
此時，抵達換流站的電還是交流電，先将交流電通過升壓變壓器升至 800 千伏的特高壓。
再通過整流器對交流電進行整流，濾波，就能變成特高壓直流電。
± 800 千伏的特高壓直流電會通過沿途的電線傳輸至浙江。
因爲特高壓直流單向輸電的特性，在整個傳輸過程中，三條線路，最長的有 2100 多公裏，都隻有起點和終點兩個換流站。
換句話說，隻要電力資源踏上這三條特高壓線路，就必定會流向浙江。
去年，四川持續高溫幹旱，水力發電緊缺。
但外部的市場化協議傍身，各大水電站發的電自然要優先送出去，這也導緻全省上下大範圍停電。
到達浙江本地的換流站後，逆變器會直接把直流電轉換成交流電。
再通過變壓器降壓，準備進一步運輸到全省各地。
具體的電力資源分配，浙江電力局會根據不同區域的用電需求進行分配。
話說回來，浙江的三條特高壓直流輸電線路畢竟是遠距離輸送，買賣雙方會提前約定好協議，在一年内或者某一段時期制定電力傳輸的規則。
雖說西電東送的特高壓直流工程在一定程度上緩解了浙江的用電負荷，但這隻是在宏觀層面上調節需求，面對電力需求波動也隻能遠水救不了近火。
這就得靠交流特高壓來幫忙了，雖說用交流運輸電力損耗會更多一點，但它在運輸電力途中可以有多個變電站的存在，并且還可以實現雙回路輸電。
對比直流特高壓的單向傳輸，交流特高壓在協調電力分配上會更加靈活一些。
在華東地區，國家電網部署的 1000 千伏雙回路特高壓交流線路就能很好的調節浙江省内的用電需求。
将浙江與上海、江蘇、安徽打通，南部延伸出的線路也觸及到福建。
這樣一來，電力資源的進一步分配可以依靠這個特高壓交流網絡進行。
并且，在省内也建設浙北、浙中、浙南三個變電站，進行省内各區域電力資源的再分配。
在分配電力資源的過程中，并不是用戶一天要用多少電直接一把傳輸給他，其中還有很多點需要考量：
用戶端的電力需求在一天裏并不是恒定不變的，而是會随時間的有所波動，累積到一起，就會形成用電負荷的波峰和波谷。
在以前，依靠本地火電滿足電力負荷時，波峰波谷影響不大，無非是波峰多發點電、波谷少發點電的區别。
但現在浙江的有不小的一部分電是通過特高壓線路傳輸過來的，并且當前 " 雙碳 " 的背景下省内也在進行能源轉型。
單純靠火電多用多發、少用少發來撐起波峰波谷供電需求肯定不太現實，隻能想辦法削峰填谷。
在削峰填谷上，主要有兩個策略。
第一個就是我們常聽說的峰谷價，在用電高峰時期提升電價，用電波谷時期降低電價，依靠外力把用電負荷曲線拉直。
在一個就是建設儲能系統，在用電波谷期把多餘的電存儲起來，在波峰期再釋放出來。
浙江主要建設的儲能系統是抽水蓄能，這也是我國目前主要的儲能方式。
利用多餘的電能把下水庫中的水傳輸至上水庫中，轉換成勢能；等需要用電時再把勢能轉換成電能。
除了技術比較成熟的抽水蓄能之外，像锂離子儲能這種新型儲能也是近些年來很重要的一種儲能方式。
不過儲能這看似增長的背後是真有點兒東西還是脆弱的泡沫，還真不好說。
就比如這兩年很多地方誤讀國家鼓勵投資儲能的政策，一刀切地搞起強制配儲政策。
據不完全統計，已經有 20 多個省市要求新能源項目配置 10% — 20%、時長 1 — 4 小時的儲能，并将其作爲可再生能源并網或核準的前置條件。
當然也有不少行業人士的反對，有的發電站供電都不夠用，這樣強制配儲，設備利用率根本跟不上，甚至有的還會淪爲擺設。
不過已經有相關部門注意到了這類現象，後續可能會對儲能調度進行優化。
話說回來，雖然供電側的锂離子儲能在效果上還有諸多問題，但用電側似乎在今年迎來了爆發式的增長。
一方面，碳酸锂價格暴跌把锂離子儲能的成本成功打了下來，另一方面，峰谷電價的差距擴大刺激到了企業。
而工商業儲能的增長對于整體的削峰填谷也是利好的：
在用電波谷期多買電爲儲能電池充電，波峰期少買電用儲能電池供電。
整體下來，宏觀層面上，浙江本地的電廠以及特高壓線路會保證整個省份電力資源的供給；
微觀層面，各個地區的電力局根據需求進行配電，同時儲能會作爲補充，用來做用電波峰波谷之間的緩沖。
這隻是浙江一個省調度 6456 萬人用電的過程，把視野放大到全國，14 億人口的用電調度就更加複雜。
我國的能源分布情況是西多東少，而用電負荷恰恰相反，" 西電東送 " 的項目就此形成。
從 2009 年第一條 ± 800 千伏雲南至廣東特高壓工程投運之後，國内特高壓線路建設迎來建設高潮。
截至 2021 年年底，國家電網已經建成 " 15 交 13 直 " 特高壓輸電工程，跨省跨區域輸電能力超過 2.3 億千瓦。
其中還建成了我國第一個 ± 1100 千伏特高壓直流線路：準東—皖南輸電工程。
建成的這些電網，覆蓋了我國 26 個省，包括自治區和直轄市，能夠調度超過 11 億人口的用電。
南方電網也已經布局四條線路：± 800 千伏楚穗特高壓直流、普僑特高壓直流、新東特高壓直流、昆柳龍特高壓直流
南方省市自治區的用電主要都依賴這四條線路的供電。
縱觀整個電網布局，也能窺探出目前國内能源調度的方向：
先是宏觀層面的能源調度，用點對點式的單向特高壓直流傳輸線路把西部北部豐富的電力資源傳輸至東部用電負荷大的地區。
此外，近幾年國内也開始注重新型能源的利用。
就比如在十四五規劃中，把雅砻江流域、松遼、冀北、黃河幾字彎、金沙江上遊等九大陸上清潔能源基地也劃到了特高壓工程的建設規劃中。
當電力傳輸至東部後，再通過在東部各個地區建立起特高壓交流輸電網絡對電力資源經行再分配，這些變電站之間可以互相傳輸，并且距離也會更短一些。
歸根結底，無論是特高壓輸電系統還是儲能，都是對現有電力資源的重新整合與分配。
換句話說，就是尋找電力資源與電力負荷匹配的最優解。
同樣是大國，中國之所以舍棄以前像美國那樣各管各的分布式電網，采用現在全國一張網的宏觀調度，正是在尋找這個最優解。
一方面國内的用電負荷遠遠高于美國，是他們的兩倍不止，另一方面，我國能源分配本就不均，在清潔能源占比越來越多以後，全國一張網這樣的調控也能讓特高壓技術釋放出它最大的效用。
而這幾年全球越來越多極端天氣，也讓電力調度的這張考卷越來越難
2020 年 8 月加州，熱浪和台風埃莉達帶來了嚴重的停電事故。
2021 年 2 月，德州極端嚴寒導緻用電需求激增，超 400 萬人遭遇停電。
同樣還是去年的四川停電事件，極端高溫導緻原本占大頭的水力發電直接腰斬，而國家電網則力挽狂瀾，直接把外省入川輸電線路的能力拉滿，達到了 1.32 億千瓦時 / 天，最大限度保證了居民的用電。
2021 年，東北華北大風，風力出電一下從 500 萬 kw, 漲到 5500 萬 kw，過幾天又降回 500 萬 kw，特高壓直流緊急調高輸電功率，
把 2000-3000 萬 kw 的電輸到缺電的華東，有效避免了東北華北這些電浪費掉。
目前，全國一張網的電力傳輸格局已經确定，之後要做的就是不斷加固這張網絡，十四五規劃中也詳細部署了 " 24 交 14 直 " 特高壓網絡的建設。
我相信在未來，國内電網對于能源轉型以及極端天氣下居民用電的協調能力也隻會越來越強。
撰文：松鼠 視頻制作：B 站差評君 美編：煥妍
圖片、資料來源：
國家電網，中國能源網，知乎
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