一提到马斯克,院士就笑了。哪怕是世界首富,也有解决不了的问题。在一个关键领域,美国真不行,那就是电力传输。
在最近的大会上,全国政协委员、中国工程院院士王坚在被记者问到有关美国电网问题时,忍不住几次笑了出来,告诉记者,这件事足以让马斯克破防,因为其难度比他送卫星上太空还难!
王坚院士的笑,来自对祖国科技实力的自信。相比之下,作为世界上最发达的国家,美国反而连供电环节都要从基础开始,因为其关键设备——变压器,基本都是要依赖中国制造。我们有理由推测,马斯克宣称发射100万颗卫星搞太空算力,其中一部分因素,也是对美国地表的发电能力失去了信心,才转而把目光对准太空的。
在今天的世界,没有电可以说寸步难行。几乎所有经济强国,同时也是电力生产和消费大国。尤其是科技高速发展的今天,电力更是不可或缺。人工智能大模型,更是依赖庞大的电力作为支撑才可以运行。世界各国的AI大战,发展到最后,俨然已经变成电力大战了。
可以说,发电能力,在某种程度上决定了一个国家的实力。
但发出电来还不算完,怎么把电运输到千家万户,是一个关键问题。尤其像中美这样的大国,幅员辽阔,输电的过程中,会面临电力损耗的问题。输送了几百上千公里的电,要是一大部分都白白耗散掉了,那不是白忙活?
所以,电厂发出的电,在输送出去之前,首先要经历一个关键设备——变压器。通过变压器,将电压提高到几十万伏甚至更高,成为大家常说的“高压电”,然后远距离输送。等电流到了距离负载点更近的地方,再利用降压变压器将电压逐级降下来,最终变成我国居民和工业常用的220伏电压,或者美国那边的120伏电压。
为什么运输电力时要升压呢?其实这里用到的知识很简单,就是咱们中学学过的焦耳定律。
简单来说,发电厂输出的有功功率是固定的,所以电压越高,电流就越小(P=U*I)。在输电环节,电流越小,意味着电能转化的热能越少(Q=I^2*Rt),也就是电力损耗越少了。
除了高压输电之外,还有更厉害的特高压输电,也就是交流1000kV、直流±800kV及以上的电压等级。举个例子,和500千伏交流线路相比,1000千伏特高压线路的损耗可以降低25%~40%。换到直流电,±800千伏特高压输电的损耗率约为每千公里2.79%,远低于±500千伏常规直流6.94%的损耗率。
早在几十年前,世界各国就一直在研究特高压技术。然而到了今天,唯有中国实现了“遥遥领先”。
多年以来,我国一直投入大量的人力、物力来升级输电网络,建立了强大、复杂、先进的电网,并且形成了从铁芯材料、电工钢到完整变压器、开关设备、自动化系统的完整产业链。除交流特高压外,中国在高压直流输电(HVDC)技术上也处于全球领先地位,这种技术特别适合远距离、大容量输电。
如今,中国的变压器制造业已经领先世界,产能占全世界的60%以上,仅2024年,出口额就超过60亿美元。发电量方面,我国去年超过了10.6万亿千瓦时,占了全世界的1/3!特高压方面,我国已建成的也有1条±1100千伏、21条1000千伏以及23条±800千伏等多个重大工程。
相比之下,美国的电力系统起步更早,但发展到今天,输电设备的平均年龄已经接近40年,反而面临基础设施老化的尴尬局面。
按理说,美国这么有钱,拿出点资金来说不成问题,但大家也知道,他们的钱都拿去打仗了,不愿意花在民生上。就算有钱,由于大型变压器、电工钢等核心组件制造能力不足,有一部分依赖从我国进口,如果想要单独发展产业,那就更没日子实现电力系统的更新了。
最重要的是,电力系统跟高铁一样,要跨全国修建。而作为联邦制的国家,美国的电网也分成了三大系统,分别是东部互联、西部互联与德州独立网络。想要同时在多个系统和多个州之间协调,工作量惊人。
种种因素之下,导致美国电力发展速度落在了我国后面,甚至不足我国的一半。在人工智能技术高速发展的今天,他们面临的最大难题,反而是电力了。
以AI巨头英伟达为例,一个大型AI数据中心的负荷可以达到数百兆瓦,相当于一座中型城市。国际能源署在2024年报告中指出,全球数据中心用电量可能在2030年前翻倍,其中AI是核心驱动因素。因此,英伟达CEO黄仁勋一度四处奔走,寻找足够的电力来支撑企业发展。
可惜,在上述问题之下,美国官方无法解决这个难题。无奈之下,总统前不久甚至下令,鼓励企业自己建电厂。言外之意,也是美国官方实在没招了。
而首富马斯克宣布将发射100万颗卫星,在太空建立数据中心,原因之一也是解决电力短板。可惜的是,按照人类现有的技术,即便是他的Space X公司,短期内也无法实现这么惊人的卫星组网工程,未来仍将面临电力短缺的困境。
所以,在谈及这个话题的时候,王坚院士才有信心说:像我国这样从大西部跨越数千公里向东部输送电力的庞大工程,美国是不会有的,这是足以让马斯克破防的。
王坚院士一次次忍不住笑,是对祖国的基建实力的自信和自豪实在压抑不住。美国有美国的优势,比如众多顶尖的科技企业,和像马斯克这样的天才企业家;但中国也有中国的专长,那就是埋起头、撸起袖子,脚踏实地,夯实基础。
天才可以让一根苗茁壮成长,但优渥的土壤才能孕育更繁茂的森林。有了这样的基础,我国还怕孕育不出更加优秀的科技企业和企业家吗?
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