五千年(敝帚自珍)

主题:就达雅兄的备战经济说几句,兼及改革三十年(窘给大家道歉) -- 葡萄

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家园 续完

2.超导电网再造美国能源体系的战略透视

荷兰莱顿大学的卡茂林-昂尼斯教授1911年通过试验,发现汞冷-268.98℃时,汞和许多金属和合金都具有失去电阻的特性,根据这种特殊的导电性能,卡茂林将其定义为超导态,据此也使卡茂林获得了1913年诺贝尔奖。此后,人们开始将处于超导状态的导体称为超导体。这是我们今天讨论超导电网的基础。

超导电缆就是采用高温超导材料制作的电缆,与传统电缆相比,它具有输电过程中的能量损耗低、输送容量大、体积小、电磁污染少的四大优点,在相同截面下,输电能力是常规电缆的3~5倍。我认为它是目前人类能够掌控的最具环保价值的缆线,也是提高电网安全性、可靠性、基本上杜绝火灾隐患的择优途径。建设具有远距离、大容量、低损耗输电能力的超导电网是克服常规电缆远距离输电时对高压电缆依赖的唯一途径,是21世纪人类不可能不圆梦的电力生产方式,至少是21世纪前50年解决一个国家或地区大容量、低损耗输电的最佳途径。尤其适应中国、美国、俄罗斯和欧盟等幅员广大的区域,从内蒙古到上海通过传统输电方式输电至少需要500千伏的电压,但是,通过超导电缆可使用220伏的电压输送。因此,将国家电网革新提升为超导电网,是全球生产力面临的最伟大的变革之一。

世界上超导电力技术研究的带头国家就是美国,1999年美国就开始推进了世界上最大规模的 SPI(Superconductivity Partnership Initiative)研究计划,该计划的研究内容包括超导电缆、超导变压器、超导电机、超导磁悬浮飞轮储能、超导限流器等项目。美国在《美国电网 2030》的规划中,也提出了采用超导技术建设其骨干电网的建议。美国的《能源法》中也领先其他国家肯定了超导电缆电网的作用。

1993年美能源部即开始投入2000万美元,以推动企业实现超导电缆的应用化,2001年小布什政府上任初始又向该计划增资了3700万美元。小布什总统也是以超导电缆革新美国电网的支持者,其任内美国多次投巨资开展超导电力技术的革新。在此基础上,美国超导体公司、底特律爱迪生电力公司和意大利皮热里电缆系统公司通力合作,2001年5月终于实现了在底特律福瑞斯比变电站地下铺设长360多米的超导电缆,这是世界上第一条实用的超导输电线路。当时令世界震撼的是,这个线路以含有铋、锶、钙、铜的氧化物超导陶瓷制造的123公斤重的超导导线取代了原有的9条8100公斤电缆中的铜导线。

那个时候,美国超导体公司销售的超导导线每米价格为200美元,彼时铜导线每米价格仅为25美元,超导缆线的价格高过铜导线,很难推广。但是,随后日本著名电缆企业古河电工等机构很快开发出了超过铜质电缆输电能力100倍的高温超导(HTS)电缆。这个超导材料不再以银为主要原材料,降低了成本,新材料当时每米成本只有5日元,成本与铜质电缆已经相差无几。目前,古河电气正联合住友电气在美国和横滨市进一步实验。美国超导体公司最新开发的超导缆线的成本,若大规模地使用,目前也可以降低到铜导线之下了。

2008年4月22日,美国纽约长岛电力局(LIPA)和美国超导公司联合宣布世界上第一条高温超导电缆已于同日在商业电网中投入运行。该系统运行电压为138kV,由并行排列的3条独立单相HTS电缆组成,安装在LIPA的地下输电走廊内,由6 个终端装置与LIPA电网相连。该条HTS电缆长610米,用液氮冷却系统进行低温冷却,能为30万户家庭供电,其装机容量为600兆瓦,属于长岛电力局电网的一部分。2006年8月2日,在这个项目的奠基典礼上,时任美国能源部输电和能源可靠性办公室主任凯文考勒瓦(Kevin Kolevar)指出: “当今在全国电网严重超负荷的情况下,超导技术正在被美国公用体系考查,并被其视为一种能增加系统容量和加强可靠性的新工具。这是美国能源部协同投资的3 个用以展示不同容量低端位超导设计和应用的项目之一。LIPA 将成为第一个把超导体用在电网传输电压水平上的工程。我们将把超导视为下一代能源传输系统的强劲动力。”

伴随着美国纽约州长岛在商业电网中安装了第一条超导输电缆,饱受灾难事故和恐怖分子袭击的纽约市已经宣布启动名称为Project Hydra的计划,即九头蛇计划,其主要框架就是2010年启动的曼哈顿电网升级改造,它也将使用美国超导体公司开发的液氮冷却系统和超导电缆,以实现纽约电力体系更加可靠的运转。就美国而言,示范的商业化项目,其带头作用也是巨大的,它可能导致内爆效应,也可能成为改革时尚,九头蛇计划的启动为美国启动国家统一电网的超导技术改造打开了阳光大道。

与长岛计划大约同步,2007年4月7日,美国超导公司还成功演示了世界上第一根同比例的高温超导消磁电缆。该线缆总长度142英尺,能够输送4100安培电流,电压可以小于0.5伏,或比铜导线低1000倍,达到了舰艇用常规铜消磁导线的一般水平,其重量仅为普通铜导线消磁电缆的20%。由此,它不仅减轻了电力系统的重量,也减少了安装成本。这种消磁电缆系统将可能被今后世界上的海军舰艇全面使用,其市场广阔无比,这个专向需求可以刺激美国超导产业的资本积累和实现进一步发展。

尤为值得重视的是,超导电缆还能利用现有的各种线路,例如管道线、铁路线、公路线等进行安装运行,这又可能大幅降低美国电网的升级成本。因此,超导电缆正在进入美国电网改造的主要市场,我认为一场营建美国能源高速公路的革命行将展开。

基于此,奥巴马将在美国能源改革的下一步战略中关注超导电网改造的运转。目前公开推进能源体系转型计划的主要世界经济体系只有美国,而且目前执行这个计划的也只有美国。如果美国借此发展智能电网产业,8~10年内,这个产业规模将超过5万亿美元;如果美国借此全力发展超导电网产业,8~10年内这个产业规模将超过30万亿美元,这不可能不使奥巴马行动起来。

奥巴马能源新政的历史作用

金融危机为奥巴马团队提供了创造历史并达到历史顶端的机会,在美国历史上最强大的能源行政力量的主导下,美国还将在节能汽车、可再生能源、分布式能源供应、氢能、天然气水合物、清洁煤等诸多领域探索利益最大化的创新战略,这种探索既源于美国已经拥有的世界第一流的研究力量,也出自美国再造国际分工、占领全球经济制高点的迫切愿望。其中2008年科学界又发现了锢磷催化剂,它可以利用电能把水中的氢分离,然后再将分解的氢气经过合理的工艺流程制造为燃料电池,这同样为人类开辟了大规模使用氢能的可能性,也是尤为可贵的能源新发现。

我们也可以形象地说,油气为主的经济相当于从北峰登顶珠峰,绿色能源计划意味着从南坡登顶珠峰。这是比布什直接攻打两伊更伟大的计划,它将使从西亚到俄罗斯和南美的石油国家利益联合体遭遇釜底抽薪式的打击,被迫放弃高油价的利益,自动转换到比美国低得多的全球经济的等级结构之中,从而完成世界力量重组。

奥巴马团队没有仿若布什政府制定攻打伊朗、委内瑞拉等国的计划,但是,如果成功地打击了石油输出国利益集团,其战略功效更高,伊朗等国将以坐过山车的方式沦为低一阶层的国家,这种政治上让伊朗等国失落、跌落的方式比布什的直接进攻的方式更加残酷。在这个能源体系的变革中,伊朗等国将不可能再是美国的直接对手,而它的最大敌人将是它自己的不发达,俄罗斯的油气资源也可能成为纸老虎。

从这个意义而言,美国能源产业的重组也将是美国全球战略力量的重组,它也将把美国从现在的经济、环境和国家安全危机中解脱出来。

因此,这个能源改革将使奥巴马成功地以绿色经济为主推动一场新的经济革命,美国将再次主导全球经济的制高点。而且,通过建立清洁的能源结构将彻底改造美国的生产方式和生活方式,这个革命将比10年前的IT革命更为重大、更为深远,应该是农业文明以来最伟大的革命。也正是基于此,奥巴马经济改革计划也被称为美国复兴和再投资计划,其中的能源体系变革就将是21世纪人类最大规模的经济、社会和环境的总体革命。


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