电网是干嘛的(电网的运行方式)

电对我们的日常生活至关重要，而且越来越重要，但它是如何从发电厂到我们的家的呢？这里以美国电网为例做一介绍。

电网是一个复杂的相互连接的系统，它通过将电力从发电厂输送到我们的家庭、办公室和工厂，为整个经济提供动力。电网被称为“世界最大的机器”，是现代经济的重要工程奇迹。

据visual capitalist 网站，以下信息图表来自美国国家公用事业委员会，它解释了电网的工作原理，并突出了构成电网的三个关键部分。

1 发电

电网始于发电的发电厂，通常由公共、私人或投资者拥有的公用事业公司拥有和运营。

美国电网由1.1万多家发电厂组成，每年发电量超过4万亿千瓦时。它们由各种能源提供燃料。

2021年，天然气和煤炭合计占全年发电量的60%，其次是核电。风能是最大的可再生能源，占可再生发电量的10%。

在更大的电网中，每种发电技术都扮演着不同的角色。例如，不能轻易调整输出的煤电厂和核电站被称为基载电厂。它们的输出在一天中基本保持不变，通常用于提供维持电网运行所需的最小电量。

另一方面，天然气和风能、太阳能等间歇性可再生能源的发电量全天波动，通常在需求最高的晚上达到峰值。天然气工厂在满足需求高峰时特别有用，因为它们的产量可以相对快速地调整。

2 传输

发电后，电力从发电厂通过一个被称为传输的过程传输到需求中心。

首先，电力从发电厂发送到变电站，在那里，升压变压器将其转换为极高的电压进行传输。高压转换有助于最大限度地减少传输过程中作为热量损失的电能，在美国这一比例约为5%。电压越高，损耗的电就越少。

然后，传输线将这些高压电力传输到很远的地方，而且通常是跨州互连的。线路电压从69,000伏(69kv)到765kV不等，输电线路既可以在架空也可以在地下。

这是美国所有高压(345kV或更高)输电线路的地图

升级和扩大输电基础设施是实现脱碳电网的关键，特别是当公用事业公司在该国阳光最充足和风最多的地区建设太阳能和风能发电能力时。

3 分配和消费

配电是输送电力的最后阶段，构成了电网的最后一个主要组成部分。简单地说，当传输结束时，分配就开始了。它是将电力从传输系统输送到个别用户的过程。首先，降压变压器将输电线路上的高压电力转换为适合使用的较低电压。这些变压器连接到配电杆上，配电杆通常由木材制成，用于在需求中心内输送电力。在美国，大约有1.8亿个配电杆，每天都有可能遇到配电杆，尤其是在城市里。

配电线路和电线杆将电力输送到终端消费者，包括家庭、办公楼、工厂和电动汽车。以下是2021年美国对各个最终用途部门的电力销售情况

供暖和制冷是最大的住宅用电。在商业部门，冰箱、电脑和办公室设备的用电量占总用电量的四分之一以上。到目前为止，交通运输行业是用电最少的行业，但随着电动汽车销量的上升，这些数字可能会发生变化。

在任何时候，通过电网发送的电量必须与最终使用部门的需求相匹配。这是因为所有电网的运行频率都是特定的(在美国是60赫兹)。电力供应或需求过剩会使频率不稳定，有可能破坏电网基础设施并引发停电。

4 电网现代化建设

就像机器老了需要上油一样，美国电网也在老化，需要升级，特别是电力部门正努力在2035年实现100%清洁电力。

在高电气化的情况下，电力需求可能会加速，这涉及到从化石燃料驱动的技术转向电力技术。例如，电气化的一种形式是从汽油动力汽车转向电动汽车。

为了满足日益增长的电力需求，特别是来自清洁能源的需求，美国将需要扩大输电能力，并投资使电网现代化。事实上，根据国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory—NREL）的一项研究，到2035年实现100%清洁电力可能需要额外的电力系统支出3300亿至7400亿美元。

最终，升级和脱碳电网对美国的气候目标都至关重要，这需要所有利益攸关方采取行动，从电力公司到政府和最终消费者。