老旧的美国电网，能否支撑电车的野心？

众所周知，电力是第二次工业革命的根基，也奠定了美国头号工业强国的地位。尤其值得一提的是，特斯拉在美国运用交流电，解决了远距离输电问题，成为电力输送发展的方向。“钢铁侠”马斯克之所以将他的电动车品牌命名为特斯拉，正是为了致敬这位工业先驱。

但历经百年沧桑，化石燃料时代建立起来的美国电网，如今已经“垂垂老矣”，以至于能否支撑得起马斯克们的电动车，成为了一个值得讨论的问题。

据彭博2022年的一份报告显示，由于美国近期签署的《降低通胀法案》，到2030年，在美国销售的所有新车中，预计电动车（EV）的占比将达到43%，如果气候相关的支出措施能够及时到位，这一比例甚至可能达到52%。

这一预测或许过于乐观：2021年，电动汽车在美国的销量占比还不到5%，低于全球近9%的比例，更远低于中国等国家24%的比例。如此快的转向即使能实现，也可能会给该国已经老旧不堪的电网带来巨大压力。

改造电网，要多少钱？

根据普林斯顿大学能源政策项目“快速能源政策评估和分析工具”（REPEAT）的分析，预计到2030年美国国内电力需求将比2022年增长18%，到2035年将增长38%。与过去十年中所看到的大约5%的增幅相比，不可谓不巨大。

按照输电政策组织Grid Strategies的创始人兼总裁Rob Gramlich的说法。在过去的25年里，美国新增了很多电力需求，但却没有足够的电力增加来满足这些需求。

不但日常生活中很多用品正在从传统的使用化石燃料转向使用电力（例如：烧饭从用炉灶改为电磁炉，家庭和办公室的空间供暖也越来越多用电），而且交通部门也在促进用电量的增长。

根据普林斯顿大学的数据，预计到2030年，全美国轻型车辆（不包括大型卡车和航空业）的用电量将比现在增加33.6倍。

但众所周知，作为一种二次能源，电力只有在与可再生能源方面的重大工程建设相结合，才是一种有效的绿色脱碳解决方案。Gramlich对此表示，电力的供给方和需求方都支持大型电网的建设。

但电网建设并非一朝一夕之功，而是需要对目前老旧的线路来一场“脱胎换骨”的变革：

首先，需要更多的高压输电线路将电力从农村风能和太阳能发电厂输送到需求中心；用于“最后一英里”电力输送的小型配电线路和变压器，以及逆变器等硬件也要到位；还得允许拥有家用电池、电动汽车和太阳能电池板的客户将多余的能量反馈到电网中。这样一套“组合拳”下来，花费恐怕会如密西西比河的河水一样滔滔不绝。

具体要花费多少钱呢？先来看看对电动车最为热衷的加州，2022年8月，该州规定：2026年售出的新车中，35%必须为电动车，并且从2035年起只允许使用电动车。

那么加州的电网能够支撑上述野心么？据加州公用事业委员会委托进行的一项研究中，电网分析公司Kevala预测，到2035年，仅加州就将不得不花费500亿美元用于配电网升级，以实现其雄心勃勃的电动汽车目标。

美国目前的电网能否支撑起电动车，确实要打个大大的问号：依然以加州为例，2022年9月，热浪对该州电网造成了沉重负担，以至于发出警报，呼吁居民减少用电，包括为电动汽车充电，以防止停电。而2021年初，得克萨斯州罕见的暴风雪也一度使得电网瘫痪。

电力需求，究竟几何？

首先需要明确，为电动汽车充电是相当耗电的。虽然与传统用电器比起来，电动车的耗电取决于许多因素，但我们依然可以对此做出一个大致的估算。

一辆新特斯拉Model 3的车主每年平均行驶约14000英里，一年内在家中为车辆充电的电量与家中电热水器上耗电量大致相同。比一台新的节能冰箱所需的电力大约多出10倍。

和Model 3这样的乘用车相比， 福特F-150“闪电”等大型电动皮卡汽车可以称得上是“电老虎”：通常比大型家庭里的中央空调使用更多的电力。偏偏这种皮卡是美国人的最爱——在地广人稀的大平原上，开着这种皮卡车兜风，怎一个爽字了得！

PG&E清洁能源运输总监莉迪亚·克雷夫塔（Lydia Krefta）表示，该公用事业公司目前在其北加州和中加州的服务区域内有约47万辆电动汽车连接到电网，目标是到2030年达到300万辆。

鉴于PG&E的服务范围覆盖了美国约15%的电动汽车，它如何处理电动汽车的过渡可以作为全国的典范，但这不是一件容易的事。因为“该公用事业公司与电网基础设施升级的四年融资周期挂钩，其最后一次融资请求是在2021年。现在资金肯定达不到需要”，Krefta说。

“该请求中的许多分析都来自2019年或2020年的预测，并且很多关于电动车预测都已经过时——没有预料到的是，现在的电动车更有可能实现增长，”Krefta进一步表示。上述预测使PG&E申请了许多州和联邦拨款，以帮助其实现电气化目标。

Kevala首席执行官Aram Shumavon表示，现在人们对交通电气化所带来结果的看法可能过于简单化：如果电气化做得好，当然皆大欢喜；但如果管理不善，可能会有一些人将因此“彻夜难眠”—— 投入电气化，无论对于监管机构、政客、公用事业而言都是巨大风险。

都有哪些风险呢？Shumavon说，如果电网基础设施跟不上电动汽车的繁荣，司机可能会遭遇充电困难，例如排长队或只能在特定时间和地点充电。过度紧张的电网也将更容易受到极端天气事件的影响，并容易发生停电，正如前文所言，加州在2020年就经历了这种情况。

满足不断增长的电力需求的最直接方法是将更多的能源上网，最好是绿色能源。但是这也有问题——在人口中心附近建立火力发电厂很容易，但最好的太阳能和风能资源通常更偏远。这意味着美国真正需要的是更多的高压输电线路，可以跨县和州线输送太阳能和风能资源。

但还是老问题，线路要升级，钱从哪里来，难不成真的“用爱发电”？

Gramlich说，虽然我们不断花钱更换和升级旧线路，但我们几乎没有建造任何新输电线路。“我认为我们每年可能需要大约200到300亿美元用于新发电厂和线路上，但我们现在在这方面的支出接近于零”。

除了投资之外，在建设新的输电线路时存在重大的监管障碍：这些线路通常跨越多个县、州和公用事业服务区，相关事宜不但需要首先批准该线路，还需要如何为其融资达成一致。

Gramlich解释说，如果只是考虑一条跨越二三十个不同公用事业区域的线路，自然是有办法收回在本地系统上的投资成本，但是当线路使三十几个公用事业区域受益时，各方的利益安排将如何决定，确实是个难题。

除了投资，许可也是一个主要的阻碍。所有新能源项目都必须进行一系列影响研究，以评估需要哪些新的输电设备，成本是多少以及谁来支付。但是过程中的项目清单是巨大的：牵扯到的发电总量（几乎都是可再生能源），超过了今天全美电网的总发电量。

根据REPEAT项目，到2030年，《减少通货膨胀法案》有可能减少约10亿吨的排放量。但通过分析表明，如果输电基础设施建设增长率无法超过历史增长率（每年1%）的两倍，那么可能导致修建更多的火力发电厂，进而致使其中80%以上排放量的减少可能是无意义的（事实上并没有减排）。

输电基础设施建设速度决定减排效果

图片来源：REPEAT

破旧立新

现在的问题在于，美国已有的电网，可能承担不起电动车的负载，但新修电网又非一朝一夕之功，那么当中的这段“空窗期”该怎么办呢？除了努力加快能源基础设施的建设，似乎也没什么好办法。

最值得注意的是，西弗吉尼亚州参议员乔·曼钦（Joe Manchin）在去年的能源许可法案遭到放弃后，于今年5月又提出了一项类似的许可改革法案，并得到了最高层的支持， 该法案将加快所有类型能源项目的许可，包括化石燃料基础设施。

然而，该法案将面临棘手的政治问题，因为许多民主党人认为该法案对化石燃料利益过于友好。但是，即使许可的步伐加快，并且美国很快就开始在输电方面花费巨资建设基础设施，设施从建成到投用依然需要多年。

Shumavon解释说：将会出现一个“中间时期”，需求非常大的同时无法建设输电设施，而分布式能源设施将在该时期中发挥积极作用，因为没有其他资源可以利用。

这意味着，住宅太阳能和电池系统等资源可以帮助稳定电网，因为客户可以自己发电，并将多余的电力卖回给电网。汽车制造商也越来越多地为他们的电动车配备双向充电功能，这使得客户可以使用他们巨大的电动车电池组来为他们的家庭供电或向电网提供电力，就像一个普通的家庭电池系统。

虽然特斯拉目前没有提供这种功能，但已表示将在未来几年提供，而其他一些车型已经做到了。

与此同时，提高能源效率和能源定时使用可能。例如，PG&E正在考虑如何优化大型电动汽车车队的充电时间。

Krefta表示，正在努力与需要大量电力负荷公司合作，提供灵活的负荷约束。例如，对于一家有多辆大型电动车的公司，在晚上7点的用电高峰只能为50辆电动汽车充电，但凌晨2点的低谷则为所有100辆充电。

不过，Krefta希望这种对充电时间的限制是暂时的：在未来，PG&E希望通过动态定价来激励消费者，即在高峰期电价较高，在非高峰期电价较低。该公司正在与汽车制造商合作，以确定电动汽车如何为电网提供最大利益。

“你需要在你的车库里做什么样的事情，才能使得车辆能够为家庭供电？你如何利用你的车辆在电网上有可再生能源的时候充电，而且是清洁和低成本的，然后在晚上的时候放回电网？” Krefta说，这些问题一旦解决，将有助于建立未来的绿色电网。

结语

从本文的介绍中，我们可以看到：不管基础的输电设施有多么先进，电力的需求和供给之间都会存在错配，特别是对于新能源发电，这一矛盾更为突出。为了解决这种错配矛盾，大力发展储能市场似乎是一个方向——不仅是美国，类似的道路中国也可以参考。

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