老学校：我们所依赖的大部分电厂和输电网络已经存在了几十年。 andrewfhart / Flickr的, 创用CC BY-SA

电网是跨越整个大陆的惊人的机器综合系统。 美国国家工程院已经把它叫做其中的一个 最大的工程成就 20th世纪。

但它也是昂贵的。 根据我的分析，美国电网（包括发电厂，电线，变压器和电线杆）的当前（折旧）价值大约为1.5到2万亿美元。 要取代它将花费近5兆。

这意味着美国的电力基础设施已经拥有数万亿美元的沉淀资本，不久将需要大量的持续投资才能保持现状。 第二次世界大战后数十年电力部门迅速扩张的电厂现在已经是40岁以上，长期得到回报，可能需要更换。 事实上，美国土木工程师协会刚刚给了整个能源基础设施一个 几乎没有通过D +的成绩。

现任政府已经发誓要在基础设施方面投入大量资金，这给电力系统带来了一些问题：未来的电网应该是什么样的？ 我们如何实现低碳能源供应？ 它将花费什么？

基础设施似乎是一个可以从中获得支持的问题 过道的两侧。 但为了做出好的消费决策，我们首先需要了解现有电网的价值。

目前的过渡状态

电网将持续数十年，但很少有人意识到整个系统必须在短时间内精细地平衡供应和需求。 用于照明家庭，操作笔记本电脑或运行空调的每瓦特电力同时在不同地点产生，主要是通过燃烧在发电机中旋转磁体的燃料。 电网基本上没有电力储存。 而是将大部分能源储存在煤炭，天然气，核能产品和水坝后面的水中，等待命令实时转化为电力。

所有美国电厂的地点和折旧状况。 EIA表格860数据Joshua Rhodes。

近年来，我们的力量发生了巨大的变化。 最古老的发电机是大型发电厂，许多发电厂位于美国东部。最近的新增发电厂规模更小，分布更广 - 认为屋顶太阳能电池板或风力发电场。 一些专家甚至表示，这种更接近消耗功率的分布式发电模型 - 沿着网络边缘，而不是中央电厂 - 是 新的规范.

展望未来，我们可以像以前一样建立网格，或者我们可以投资新的技术，可以带来相同的服务，但在一个 更低的成本.

我们怎么能使它更清洁？ 有人认为电网可以 完全运用可再生能源。 其他人则认为，对于整个能源体系来说，“脱碳”或减少碳排放的最佳方式是 广泛的电气化 的 工业和运输部门.

但是要回答这样的转换会花费什么，我们需要知道：目前的电网成本是多少？ 现在我们已经安装在地下的所有的混凝土，钢铁，硅片等都有多少钱？ 为了帮助政策制定者和规划者了解未来的远景，我开始着手回答这个问题。

什么组成电网？

对于这个练习，我已经将“网格”限制在以下几个部分：

1. 发电厂
2. 高，低压输电线路，长距离输送电力
3. 配电线路，直接将电力带到建筑物或其他终点
4. 用于在传输电网上路由功率的变电站
5. 配电网上的变电站
6. 改变配电网电压的变压器

这个计算会留下额外的和必要的电网组件，例如家中的电线，家中和建筑物的电气面板上的电表以及消耗电力的终端使用设备。

通过各种公开报告，使用最新估算的新建筑和标准方法估算折旧，我们量化了国家的发电，输电和配电资产的价值。

这些发电厂的总容量大约是1.15 terawatts。 这是1,000核电反应堆的发电能力（美国目前拥有100）。 你可以想象，这将是昂贵的更换。 仅电厂，重置价值接近$ 2.7兆，折旧价值，或粗略的现值，近$ 1兆。 总的来说，价值的细分是关于56百分比电厂，9百分比传输系统和35百分比分配系统。

美国电力基础设施的替代和折旧价值的分解。 包括环境影响评估在内的许多基础数据来源与最近UT-奥斯汀能源研究所的全部电力成本研究中使用的相同。 我们使用了一个简化的直线折旧计划，其结束于预期生命周期结束时的初始成本的15百分比的废品价值。 约书亚·罗德斯

什么路径前进？

如果我们想要有一个更清洁的能源未来，有多种途径可以到达那里。 然而，我假设最便宜和最可能的途径将是最好的利用，而不是重复，我们已经拥有的基础设施。 其中最“即插即用”的途径之一（我们今天看到的）是在电厂使用现有的电线，电线杆和供水基础设施，将煤炭转换为燃气发电。

另一方面，氢经济需要对新技术进行大规模的新投资，因此可以减少我们目前拥有的资金。 例如，我们需要建立地方来生成和储存氢气。 另一方面，它有可能变得更有弹性和可持续性。

展示他们的年龄：升级输电线路可以将来自全国偏远地区的太阳能和风力发电带到人们所在的地方，这将有助于使电网更清洁并可能降低价格。 indigoskies / Flickr的, CC BY-NC-ND

对于基础设施投资而言看好的一个领域是升级大型输电网络。 这些升级可能允许电力在美国各地区之间流动，类似于州际公路系统如何驱动全国各地的商业成本 大大减少了在我们广大的国家运输货物和服务的时间.

有些地区的电力生产成本更低 环境影响比其他地区少。 将输电线路扩大到风力和太阳能资源丰富的国家，可以为用户带来非常低的成本。 问题是，这些地方并不总是人民的地方，所以要把这个权力给人民，就需要一个强大的传输网络。

配电网络 - 直接向建筑物输送电力的电网部分 - 也可以整合更多的太阳能，而不会给电网的运行带来额外的成本。 但是一旦太阳能容量达到一定比例的本地网络上的电力需求，那么这个电力需求就会因地而异 产生更多的成本.

最后，消费者或纳税人总是最终为这些升级项目付钱，但这样做的好处可能会超过成本。 得克萨斯州的电网扩张已经允许 更多的风力到达负荷中心 随着天然气价格的下降，电力批发市场成本下降。 那么那些成本就更低了 传给了纳税人.

没有不需要投资的途径 - 即使只是维持我们在未来十年将花费数千亿美元甚至数万亿美元的资金。 更大的问题是：随着我们不断取代和重建这个惊人的电网，我们应该关注哪些技术？

关于作者

Joshua D. Rhodes，能源博士后研究员， 德克萨斯大学奥斯汀分校

这篇文章最初发表于 谈话。 阅读 原创文章.

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