NASA公布的地球夜晚灯光照片。图片来源：NASA
你有没有想过这样一个疯狂的场景：如果地球上所有人在同一时刻，打开家里的电灯开关，地球会变得像一个亮到发白的“灯泡”吗？亦或是电网被瞬间压垮，让世界陷入黑暗？
这个看似简单的动作，其实会对我们的电力系统发起一场史无前例的“压力测试”。虽然结果可能不像好莱坞灾难片那样夸张，但确实会发生一些非常有趣（也有点糟糕）的事情。
电网的挑战
在解答这个假设的场景之前，首先，我们要了解电网的一个核心机制：电是必须“即产即用”的。
发电厂并不是把电存进一个大罐子里等你来取，而是像走平衡木一样，时刻保持“供”与“求”的完美平衡。当你打开一盏灯，电网立刻就会感知到需求，发电厂就必须立刻多发一点电。
实际上，日常生活中总电力需求（也称为负荷）会随时间和季节变化而发生显著变化。比如深夜的用电量通常就比白天要低很多，而在炎热的夏季，用电量则通常比凉爽的秋季要少。
为了保持电网稳定，电力运营商会利用传感器和先进的计算机来追踪电力需求，以便根据需要调整发电量。
电力系统（发电系统（红色），输电系统（蓝色），配电系统（绿色）。图片来源：维基百科
用电激增电厂如何应对
如果全世界同时开灯，电网瞬间会面临巨大的需求激增。假如发电厂不能在几秒钟内补上这个缺口，平衡被打破，电网就会崩溃，导致大规模停电。但对于不同类型的发电厂，他们应对需求变化的方式截然不同。
煤电和核电电厂几乎随时都能提供大量电力，但对负荷变化的响应迟钝。此外一旦因故障停机，需要数小时才能重启，难以应对突然的负荷变化。天然气发电厂反应最快，通常是应对用电高峰的主力，能迅速加大马力发电。
再看太阳能、风能和水力发电等可再生能源，它们虽然清洁，但不可控，完全靠天吃饭。哪天风大不大、阴天晴天，完全不由人类决定。
太阳能光伏发电。图片来源：维基百科
电网中的“充电宝”
当上述发电厂都招架不住突如其来的需求时，谁来救急？这就轮到储能设施登场了。
打个比方，储能设施就像是电网的大型充电宝。它在平时电量富余时把能存起来，等到急需时再取出来用，这是目前最高效的解决方案。储能界的“兵器谱”很丰富，包括飞轮、压缩空气、电化学电池和超级电容器等，但目前世界上装机容量最大、最成熟的“带头大哥”是抽水蓄能电站。
国网新源安徽响水涧抽水蓄能电站的下水库。图片来源：新华社
抽水蓄能电站的工作原理非常巧妙：在半夜大家都在睡觉、用电很少时，它利用多余的电能把水从低处的水库抽到高处存起来；等到大家同时开灯、用电量激增时，再把高处的水放下来推动涡轮发电。这样一来，它就像一个巨大的水力电池，在发电厂无法满足需求时挺身而出，分担压力，防止系统崩溃。
会触发全球大停电吗
幸运的是，即使地球上所有人同时打开灯，全球电力系统彻底瘫痪的可能性极低。这主要归功于两个原因。
首先，世界上并不存在一个统一的“全球电网”。大多数国家或地区都有独立运行的电力系统，它们虽然可能互相联网以便在需要时互相支援，但一旦出现风险，可以快速断开，避免形成连锁反应。
不同用途的LED灯。图片来源：维基百科
此外，如今全球大量家庭已经改用功率更低的LED灯泡。相比传统灯泡，LED耗电极少，却能产生更亮的光。美国能源部的统计显示，使用LED照明一个普通家庭每年平均可节省约225美元电费。到2020年，美国已经有接近一半的家庭主要依赖LED照明。
因此，就算全世界的人同时把灯打开，电网也许会受到短暂冲击，但并不会因此全面崩溃。
真正的后果：消失的星空
既然电网大概率能扛得住，那是不是就没问题了？不，我们还是会面临一个明显的后果——严重的光污染。
当城市灯光从建筑物表面、地面或空气中的尘埃反射，就会在空中形成明亮的光晕，这种现象被称为天空辉光。天空辉光会让夜空变得模糊发亮，使星星难以看见，还会让夜晚看起来像永远处在微亮状态。
严重的光污染掩盖了城市上空的星光。图片来源：维基百科
光污染对生态和健康也会带来连锁影响。夜间过强的灯光会干扰人体的昼夜节律，使睡眠质量下降；城市灯光会让候鸟迷失方向、增加撞击建筑的风险；许多昆虫会被吸引到光源附近，打乱正常的生态活动；海龟幼崽在孵化后会误把城市的灯光当作晨曦，迷失回到大海的方向。
总而言之，如果全世界同时开灯，虽然我们大概率不会遭遇全球大停电，电力需求也只会由于LED的普及而出现“温和的增长”，但我们将不得不面对一个灰蒙蒙的、没有星星的夜晚。
撰稿/刘允
参考资料：
[1]. the Conversation → If everyone in the world turned on the lights at the same time, what would happen?
[2]. 科普中国 → 发的电用不完的，能储存起来吗？
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