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两大升维技术未来将如何改变电力工业
http://wz1122.com2020-10-16

  维度,在物理学和哲学的领域内,指独立的时空坐标的数目,通常的理解点是0维、直线是1维、平面是2维、体是3维、时间是4维……每高一个维度,就相当于人和蚂蚁之间的差异,蚂蚁在二维空间爬,而人在三维空间活动。升维可以增加无限多的机会和可能性,比如一条线,怎么打扮美都有限,但是在一个平面上,就可以画一幅很美的画,对于人,再美的一幅画,都不如变成立体,能够在画中游,所以三维空间的美感又比在二维空间美无穷多倍。

  电力工业的发展亦符合此规律,让我们先来回顾一下整个升维历程。

  1、公元前600年左右 古希腊的哲人发现琥珀棒与猫毛摩擦后,会吸引羽毛一类的物质,在古人好奇的眼光中,闪烁出了0维的电——静电,然而这一发现,于人类生产力的发展,作用甚微。

  2、1732年 富兰克林首次提出了电流的概念,20年后,他又通过著名的风筝实验 “捕捉天电”,完成了神话中普罗米修斯为人类“盗取天火”的创举,同时代,意大利的解剖学教授伽伐尼和科学家伏特也分别在实验室中赋予电新的自由度,当每一个人都在努力去控制那“微妙和活跃的电流”,电进入了1维时代。

  3、19世纪后半叶 1866年,德国人西门子制成了发电机;到70年代,实际可用的发电机问世。1882年,爱迪生公司在纽约建成世界上第一座正规的直流电站和相应的供电系统,可以认为是人类首个真正意义上的电网;特斯拉于1887年发明了交流发电机和多相交流输电技术。由于电机工程学的进步,电力从1维的实验室应用提升至2维的电网应用,电被带进了工业和家庭里面。在这个电气研发的黄金时代,掀起了第二次工业革命高潮,日新月异、连绵不断的快速发展带给了工业和社会,难以形容、无法想像的巨大改变,增量的技术红利惠泽了各行各业。

  4、发展至今而此后经历了100多年的发展,电网的基本形态没有根本性的变化,所有技术只是在同一维度内延拓,所以未见对整个社会革命性的贡献。那电力工业还有升维的机会吗?展望未来,笔者认为,至少有两大技术可以实现电力工业的再次升维。

  首先是储能技术,通过在时间上增加一维自由度,摆脱了电力系统实时发用平衡的约束。电力工业长期处于二维发展的一个关键原因在于电力不能大规模存储,对于一张再大的电网,发电和用电也瞬时完成,互不亏欠。而储能技术通过新引入一维时间变量,可以实现时间上的解耦,当储能容量到达一定程度时,更会由量变产生质变。在时间维度上非常“调皮”的光伏、风电等可再生能源可以因此而轻易驯服;对于用户来说,类似充电宝的体验可以继续放大,闲时把你的“能量块”充满,需要时甚至可以为整座城市供电。当然,目前的储能技术还面临很多商业应用上的瓶颈,需要在提高电池使用寿命,提升能量密度,缩短充电时间,降低电池成本等方面有更多的技术突破。

  第二项升维技术是无线输电,可以实现电力传输从二维空间向三维空间的跃迁,摆脱平面网络的束缚。“运用电磁感应原理,通过环绕地球的表面电磁波来传输能量,在世界范围内进行能量广播与获取,是我一生未能完成的心愿啊!”特斯拉当年留下的遗憾,经过一个多世纪仍处于探索阶段。但毫无疑问,这项技术的突破和商业应用将会对电能的利用再次产生深远的影响,可预见的应用至少包括海上风力发电站向陆地输电,自然条件艰险的地区不用通过架设线路也可以源源不断接收到来自远方的电力,电动汽车随时接受无线充电,再也不用为续航担忧,甚至可以比特斯拉想得更远,在太空建一座太阳能发电站,由于太空上的光伏板平均每平方厘米可以接收的光能为地球表面光能接收效率的8倍,而且不受昼夜、阴晴和季节变化的影响,所以电力供应更充足、可靠。

  最后我们来看两则消息,一是2015年3月12日,日本三菱重工的科研人员将10千瓦电力转换成微波后输送,成功点亮了500米外接收装置上的LED灯,并在随后一份声明中说:“我们确信,这次实验表明无线输电商业化已经成为可能。”另一则是2015年的10月27日,LG化学在南京栖霞区的动力电池工厂举行竣工仪式,并且宣布2016年将实现电池组1元/瓦时的价格,相当于当时价格的一半。窥一斑而知全豹,具备商业应用价值的储能和无线输电这两大升维技术虽然还未成蝶,但都已在茧中蠢蠢欲动。或许在未来的某一天迎来奇点,电力工业突然进入3维甚至4维,希望人类不会再次像李世石面对AlphaGo一样措手不及。

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