那年那鷹那些電（一）——美國電力工業的那點事兒

一、導讀

今天，本專欄的故事將正式步入北美篇章，第一個主角正是藍星最強拳擊手——鷹醬。

大家有沒有注意到：我把非常老土的前綴「國外電力工業漫談XX篇」給刪了（一直故意這麼叫hhhh），原因並不是我入職UC（大霧），而是美帝國主義太龐大，太立體，一篇寫不完，因此不得不給文章進行重新編號，之前的標題格式也就不再適用了。

所以說，還請大家放心閱讀。

——畢竟結束本篇章後我會把標題再換回來。（驚不驚喜，意不意外？）

二、能源利用情況

能源是國民經濟的命脈，也是強國的重中之重，而電力則是能源的重要載體，美帝的能源結構如何呢？一張圖表給大家展示一下：

上面這張表格非常的好，可以說把整個美帝能源的來龍去脈都捋清了。

先看錶格的左半部分：

第一位能源是石油（Petroleum），佔據美帝能源結構中的37.1%，第二位能源是天然氣，佔據能源結構中的23.8%，第三位能源是煤炭，佔據能源結構中的22.5%。

剩下的新能源和核電，加起來僅占能源結構的15.8%，這說明一個問題：即使強如美國，其能源體系也離不開傳統化石能源的支撐，一旦喪失了對化石能源的控制……至少在這個世紀它是一年都撐不下去的。

然後反過來看錶格的右半部分。

可以看到：美帝的交通運輸業高度依賴石油（95%），天然氣交通工具和新能源交通工具分別只佔2%和3%，這說明什麼？說明一旦石油供應被斬斷，該國交通癱瘓率為95%。

對比該數據，我們國家會略低一點，因為火車出行比較符合中國國情，而隨著高鐵的普及程度加深，電動力會越來越佔據主流，老式內燃機型會逐步減少（2016年交通運輸行業發展統計公報-政府信息公開-中華人民共和國交通運輸部），由於我國整個發電體系跟石油基本沒有什麼關係，因此在我國，提升電動力火車運力相當於降低運輸業對石油的依賴性。

三、電力發展進程

上圖是美國發電增長的歷史累計圖，從寬度上可以看出各種分項能源的增長情況：

可以看到，肉眼容易識別的顏色只有五種：分別是黑色（燃油發電）、藍色（水利發電）、淡黃色（核電）、灰色（燃煤發電）、棕色（燃氣發電）。

其中，燃油發電在1975-1979年間達到頂峰，而後逐年衰退，截止2016年已經不足1%，屬於被淘汰的發電類型。這1%以島嶼、阿拉斯加等人煙稀少區域的柴油發電為主，主要、次要、次次要負荷區域均不採用燃油發電了。

而藍條的寬度基本持平，這是增長停滯的特徵：在1970年時，美國的水力發電基本就已停止增長，水利發電在美國早已是沒有深挖空間的能源種類，難以維持美國電力需求增長的需要。

近二三十年間，暴增的發電類型以燃氣、燃煤和燃氣為主——即便美帝作為綠色能源革命的發起者……仍然沒有迴避碳排放量暴增的事實，對比1949年和2016年可見：但即使按比例計算碳排放，這幾十年間基本也是持平的。

如果把新能源單獨列出來，並放大一點就會看到如下圖表：

顯而易見：美國的新能源 美國風電。。。。美國的光伏發電，基本也是最近幾年才發展起來的，看上面綠色條狀帶的起點就很清楚。而其他種類的新能源，05年以前即使在美國普及率也不高，且近幾年發展也不迅猛。

專門把這個圖摳出來幹嘛呢？

主要是想說：如果新能源革命真實存在的話，那這一次我們並沒有在革命中落後，至少追趕的腳步並沒有停。試想如果這張圖變成第一次工業革命……恐怕對比的時間尺度就會拉的很長。

四、電源分布

上圖是美國電源分布圖，「電力工業是宏觀經濟晴雨表」我覺得完美的在這張圖中體現了出來——只要看電源分布的密集程度，就能定性地分析出對應經濟狀況。

首先從格局上就很明顯——東部發達，西部欠發達。

然後，再結合下面這張美國地圖：

大家看圖說話：

西部左下角一塊區域好像電源分布很密集，有種一枝獨秀的感覺，實際如何呢？——加利福尼亞州，美帝GDP的top1，號稱世界第六大經濟體。

西部左上角也不錯？——華盛頓州（NO.14），西雅圖夜未眠，你忘了么？

再看看其旁邊比較空的幾個地方：蒙大拿州（倒數第三），懷俄明州（倒數第二），愛達荷州（第43），新墨西哥州（第38）。

——總體來說，大多數國家在定性分析時基本都服從這麼個邏輯。即：電源點分布越密集，總體經濟越發達。

但是（重點來了），也有例外情況，主要分為兩種情況：

第一種：燃煤發電和燃氣發電難以靈活布置的國家或地區，此類區域通常都有交通不發達，基礎設施不完善的毛病，最終導致燃料運輸成本比輸電成本還高，因此採用坑口電站遠距離向負荷中心送電。在該方式之下，電源點可能遠離負荷中心。

第二種：自然資源分布不平衡，以新能源或水電等地理限制型資源為主，且承擔向外供電任務的國家或地區。主要代表地區是內蒙古（全中國裝機第一）和雲南（水電大省）。

更重要的結論來了：

以華盛頓州為例：經濟發達，水電資源豐富，水電站建成之後可以完美實現本地消納，可以構成負荷需求與電源開發的本地平衡——遠距離送電的實際意義不大。

以內蒙古，雲南為例：新能源、水利資源豐富，經濟欠發達，電站建成之後需要依託外部地區的消納能力，局部區域還不平衡——遠距離特高壓直流輸電意義重大。

現在明白中國的特高壓輸電體系先進的原因了么——都是資源分布和社會發展程度不匹配給逼出來的。

五、電價

接下來看看美國的電價，感受一下資本主義的消費水平。

這個圖也非常有意思。（2013年美元兌人民幣匯率約為6.3左右）

首先先看白色區域，該區域位於華盛頓州，且全美只有那麼一小塊，其他再也沒有了，居民電價折算為人民幣大概是3毛2一度，非常便宜……而且該州總體來說顏色都非常淡，平均居民用電價基本是全美最低了……

憑什麼華盛頓州人民那麼牛逼？用全美最便宜的電？

原因只有一個——華盛頓州的水電居多，且都是本地產的水電，沒有經過遠距離輸送。水電這種電源有幾個非常出彩的特點，那就是建設期長、投資巨大，但裝機大規模效應明顯，壽命長（部分壩體的壽命是幾百年）且沒有燃料成本。

在一個化石燃料成本節節攀升的星球上，水電簡直是窮人的救星（你以為三峽降電價是戰忽局搞得新聞？）……可以給大家透露一個結論：投資回收期為十五年的水電站，通常都可以用五十年甚至更久，一旦建設成本收回之後，貨幣在通脹，但是燃料成本仍然為0……很多二三十年前上網電價不到一毛的水電站，至今維持該電價水平，依然是巨型印鈔機……

大家在回頭思考一下我們之前說的水電發展歷程，美國水電都什麼時候建成的？

沒錯，1970年左右……距離現在都過去快50年了，所有水電基本都收回了投資並盈利了很長時間，目前完全活在一個給多給少隨緣的情況下……作為從業人員我覺得甚至它的電價再砍一半都是印鈔機……維持5-7美分的電價實際上電力公司拿走太多超額利潤了……

這裡估計有學電力市場的同學會反駁：美國搞電力市場那麼久啦，不可能的，發電側競價上網，電網公司只收取過網費……

行了同學，stop。

我給你提供一條信息：美國華盛頓州目前仍為垂直一體化完全壟斷式管理。

——別說電力市場了，廠網都還沒分開，連我國2002年的電改進度都比不上，對此我就不展開對資本主義體制的批判了，雖然我馬克思主義哲學一直都學的挺好的。

六、可靠性管理和同步分區

這篇文章先不說電力市場。

——我讀書的時候電力市場專業才剛開，而現在都過去十多年了，研究美帝電力市場那麼多年，你們也膩了，我也膩了，我現在要是丟個PJM出來，我估計一大班人直接點網頁右上的叉了。

看一張圖：

這張圖經常被錯誤地引用在「美國電力市場結構劃分」等觀點中，但這是錯的。

首先這是北美的，不是美國的，如果這是美國的劃分……不覺得美國國土面積太大了么，楓葉國都壓成了倒放的皮鞋狀……

其次……這是可靠性協調委員會的九個區域委員會……，是美加大停電後為電網可靠性管理而成立的產物，專門研究大電網可靠性。

除了以上內容之外，這個圖的另一個作用是用來看電網的同步區。

虛包絡線隔開的是北美各種電網同步區，分別有四個：

（一）北美西同步區

如圖中左邊橘黃……橘紅……橘……算了要不誰給個口紅色號？總之就是左邊橘的那一塊（直男限制了我的描述能力）

該區域包含美國西部和加拿大西南部，運行頻率60Hz——沒錯，美國西部和東部電網並不同步，而是和加拿大西南部電網同步……

（二）北美東同步區（最大同步電網區域）

該區域從加拿大中部連接整個美國除德克薩斯州以外的所有區域（PJM市場就在該同步區內），運行頻率60Hz，特徵和上面一致。

（三）德克薩斯區

山東德州……咳咳不好意思口誤……美國德州電網是最有個性的電網，自己玩自己的，和誰都不同步，運行頻率60Hz，至於為什麼會成這個樣子，參見我之前一個有關美國電力市場問題的回答……該州電網不與其他區域獨立主要還是歷史原因……和德克薩斯州本土文化……

（四）魁北克區

運行頻率60Hz，其餘如圖所示，不再贅述。

七、未完待續

文章寫到這裡可以說摘要部分是弄完了，正文部分還沒開始寫，沒辦法……關於鷹醬的故事只能是論持久戰……由於電腦要寫死機了，因此本文到此繼續，我們下期再見。

預告：下期要看看美帝關於煤炭、天然、水電的各種歷史，把它的那點東西翻個底朝天……鑒於篇幅龐大，我仍然不能保證一篇寫完……所以可能還會有下下篇……下下下篇……甚至 篇……甚至……連載太監了（逃）

PS：知乎編輯幾天前邀請我回答了一個問題，如何評價山東大學開設全球能源互聯網專業……我其實是回答了的，但是又刪了，因為沒有結合例子容易寫的乾巴巴的，沒啥說服力……

怎麼說呢，全球能源我是夠不著了，但是就以本文為例——研究個美帝，你大概什麼亂七八糟的都要懂點，所以說文理工複合型人才這種設定還是合理的，當然，本人連專業人才都不能算……

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