星期六, 25 5 月, 2024

限制镓出口有用吗?为什么要给越南供电?这两个问题的背后其实有着同一个答案。

引子

这个世界上有一些科学家一直在搜寻外星文明,虽然目前为止还没搜出什么来,不过倒是琢磨出了一套给文明打分的标准。

按照前苏联天文学家尼古拉·卡尔达舍夫的观点,一个文明利用能量的水平越高,它的等级就越高。

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为此他还发明了一个公式,假设一个文明的能源利用总量为P,文明的等级为K,则公式为:

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这个公式看不看得懂不重要,重要的是他按照这个逻辑把宇宙中的星际文明分成了三个等级:

  • Ⅰ型文明,可以开发和利用自己所栖息的那个行星的所有能源。
  • Ⅱ型文明,能够接收并使用一颗恒星的全部能量输出。
  • Ⅲ型文明,能够掌握利用它所在星系的全部能源。

那么我们当前的人类文明属于什么水平呢?把现在的数据套入公式一算,目前人类文明属于0.728级。

也就是连最低端的星际文明都达不到的意思。

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当然了,我并不关心我们什么时候能成为合格的星级文明,这套理论真正的意义在于它为文明的发展指出了一个大方向:

不停地努力去掌控更多能量。

半导体地震

美国人这几年一直对自己的工业发展前景颇为焦虑,该国安全顾问沙利文最近就大声呼吁政府加大对工业领域的投资,甚至还要求降低市场机制对经济的影响。

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他们的总统拜登则签署了旨在通过国家力量推动美国芯片产业发展的《芯片法案》。

美国人确实向全世界展现了自己复兴工业的鸿鹄之志,只不过他们用来挽回市场份额的主要方法并非加强自身努力,而是去卡别人脖子。

这就是最高端的国家竞争,一眼望去全是“盘外招”。

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中国作为世界上最大的制造业基地,在美国这种“盘外招式复兴”下自然是首当其冲。

目前美国在半导体行业对中国的打压已经到了无所不用其极的地步,甚至献祭掉盟友也在所不惜,比如说上半年韩国的半导体出口额就在美国的各种禁令下同比暴跌36.8%。

而经过美国的“反复教育”,我们也逐渐明白了一个道理:

如果我们对西方的压迫完全不反击,那他们肯定不会认为你在顾全大局,而只是会觉得还没到你的底线,还能再多咬一口。

只有在我们能够反过来威胁他们的时候,他们才可能考虑“各让一步”。

所以我国近日就宣布从8月份开始对镓(jiā)和锗(zhě)两种金属进行出口管制。

这两种金属都是半导体制造的重要材料,其中“镓”的特性非常有趣,它的熔点只有29.76度,握手心里面就会熔化。

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然而就是这么一个“弱不禁风”的金属,却被人们称为“半导体行业的粮食”。

为什么它会这么重要呢?

一直以来,半导体材料的发展都有一个追求,那就是在同等重量和体积下承受尽可能大的电功率。

简单的说就是个头要越来越小,能力要越来越强。

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为了实现这个目标,主流的半导体材料一直在迭代进化,如今已经发展到第四代:

  • 第一代:纯硅
  • 第二代:砷化镓
  • 第三代:氮化镓
  • 第四代:氧化镓

很明显,这个领域从第二代开始就是镓基材料唱主角了,因为只有镓基材料才能满足半导体“又小又能打”的要求。

比如说现在在军事领域广泛应用的相控阵雷达就用到了第三代材料氮化镓,有的甚至用到了第四代材料氧化镓。

对于雷达来说,肯定是功率越大看得越远,而军事设备向来是往死里压榨性能,这就导致雷达功率会在“大到把自己击穿”的边缘疯狂试探。

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这种“极限折腾”只有镓基材料扛得住。

其实不光是军事领域,当前日常生活中的设备也广泛应用了镓基材料,比如说手机或笔记本电脑的电源适配器。

这些适配器用上氮化镓后,就可以在很小的体积和重量下承受巨大的功率。你们现在能那么快地把手机的电充满,靠的就是它。

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当然,也有一些半导体产品到现在还在使用纯硅,比如说芯片。

这倒不是因为纯硅有什么特别的优点,而主要是因为以人类目前的技术水平还没办法在镓基材料上进行太精细的加工。

而使用纯硅作为材料,也导致芯片无法承受太大的电功率。

另外镓还在太阳能光伏、LED、射频器件、低熔点合金、医疗器械等领域有很广泛应用,说它是“半导体行业的粮食”并不夸张。

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不过镓虽然重要,但也存在一个巨大的问题:

产量太少。

全球每年只能产出300多吨镓,这个数量还不如黄金。而中国的镓产量占了其中的96%,其他国家加起来也只是中国的零头。

如果一定要找个替代者,全球产量第二的是俄罗斯。

但就现在西方和俄罗斯的关系水平而言,我觉得这个替代者可以直接略过了。

那么产量第三的是谁呢?

乌克兰。

这看起来是一个可以无条件支持西方需求的国家。然而很遗憾,乌克兰的镓产业区现在被俄罗斯控制着。

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当然,这并不是说离开中国的镓供应西方国家的半导体产业就完全趴窝了。

他们还可以回收二手镓进行再利用,也可以使用昂贵的碳化硅,或者干脆消费降级,用回第一代半导体材料纯硅。

只是无论他们怎么折腾,成本的大幅上涨或者性能的大幅下降都是免不了的。

所以中国对镓出口的管制确实影响很大。

但这里面有个问题,按照通常的产业逻辑,原材料这类产品的供应链是很难通过贸易管制去真正打击的。

因为原材料的生产大多不存在什么技术壁垒,谁都可以做。别人以前不做不代表以后不能做。

一般来说真正有效的贸易制裁主要是集中在高科技产品上。

因为这类产品有很高的技术壁垒,往往处于垄断状态。拥有技术的一方只要不给你,你自己短期内是搞不出来的。

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那么镓这个材料,别人能不能生产得出来呢?

理论上没啥问题,它的生产原理并不复杂,而且这个元素在地壳的含量也不低,到处都有。

所以看到这里我们难免会产生这样的疑问:

既然人人都能做,那么中国限制自己的镓出口岂不是等于把市场拱手让人?

以后全球各地的镓产业会不会“忽如一夜春风来,千树万树梨花开”呢?

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要搞清楚这些问题,咱得先大致了解一下镓是怎么生产出来的。

真正的门槛

镓金属虽然在地壳中的含量不低,但分布得非常分散,所以不容易直接提炼,它往往存在于铝土矿的伴生物中。

翻开元素周期表,我们会发现镓和铝是“同族兄弟”,所以在现实的产业链里,镓其实是制铝工业的副产品。

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也就是说制铝工业越发达,镓的产量就越大。人们把铝电解出来的时候,镓作为伴生副产品也可以跟着被提炼出来。

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所以你想生产镓,首先得生产铝。

不过制铝工业就“更低端”了,电解铝的方法已经存在了差不多200年。这玩意中学生都能给你整出来,毫无门槛可言。

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看到这里我们会发现,“获取镓金属”并不是什么高大上的事,甚至可以说是“人人都行,到处都有”。

然而有趣的是,即使是相对简单的制铝工业,中国也是世界上的巨无霸。

中国的电解铝产量占全世界的大约六成,超过了世界上所有国家的产量之和。

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注意上面这张图,它并不是拿中国跟某个具体国家对比,而拿中国是跟非洲、北美、南美、亚洲…等大型地区对比。

如果是任何一个国家单列出来,其产量都只是中国的零头。

我们大都听过钢铁行业的一个笑话:光一个唐山市的瞒报钢铁产量就超过了全世界其他任何一个国家。

其实制铝行业的笑话更离谱:光一个滨州市的铝产量就超过了整个欧洲。

为啥电解铝这么简单的工业还是中国占据绝对的垄断地位呢?

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有些人说这是因为发达国家不屑于做这种低端产业。这个说法不是没有道理,但它解释不了为什么那么多缺钱的发展中国家也不去做。

人家发达国家不屑,你发展中国家有资格不屑吗?

电解铝又不是什么高科技,而且铝在地壳中的含量比铁元素还多,产量却远不如铁,市场的想象空间极大。

生产容易+市场空间大,这是老天爷赏饭吃啊,你们怎么有钱不去赚呢?

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这就涉及到制铝产业链的一个很大的问题了:它耗电,特别耗,超级耗。

电解铝工业是工业门类中耗电最大的产业,俨然一只电老虎。

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现在每电解一吨铝所消耗的电量是13500度。要知道中国人均一个月的家庭用电量也就60多度,电解1吨铝的电量够你一个人在家里用十几年了。

这一条就把其他国家的电解铝产业全都卡死了,这不是什么高科技壁垒,大家纯粹就是没那么多电。

目前中国每年用在电解铝产业中的电力,超过了整个法国的发电量,跟整个德国发电量差不多。

绝大多数发达国家把自己拧干了都填不上这“电窟窿”。

不过这都什么年代了,耗电还叫个事?发电厂加加班不就得了?

哎,还真叫个事。

随处可见的电荒

今年4月份,东南亚遭遇罕见的高温天气,越南的气温直接飙到了44度。这就造成了一个严重的后果:

该国很多河流的水位因为水分大量蒸发而出现大幅下降。

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水位太低,水电站就会宕机。于是越南的水力发电量在这个时候直接被砍掉了四分之三。而越南全国有接近三分之一的电量来自于水力发电。

更糟的是,这个时候所有人都在疯狂靠空调续命,居民用电量进入了高峰期。

一边是用电量大增,一边是电站发不出电来,结果可想而知。进入5月份后,越南整个国家出现了巨大的电荒。

无可奈何的越南只好开始在全国范围进行轮流限电,一时间无论工厂还是居民都不得不面对定时或不定时的频繁断电。

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在这种巨大的压力下,越南不得不于5月底急赴我国广西购电。

这类新闻我们平时听得不多,但实际上这对于我国来说早已是常规操作。

我们从2004年起就开始了给越南供电的业务,基本模式就是在我国的非用电高峰期按高于国内批发价的价格把我们富裕的电力卖给他们。

一个救急一个赚钱,这笔生意本身当然是皆大欢喜的。只不过对于越南这样一个志在“承接中国产业链转移”的国家来说,动不动就要靠邻居接济显然无法令人满意。

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但再不满意也没辙,他们从2004年开始靠我们接济,直到现在还在靠我们接济,该国的电力问题一直没有得到有效解决。

所以说供电这事没那么简单。

当然有人会说越南再怎么重视制造业,也终究是个比较落后的国家,他们搞不定电力供应不代表电力供应这个事很难。

那么我们再看一下全球最发达的国家,美国。

该国近十年的GDP增速基本保持在2%-3%的水平(特殊时期除外),这对于一个发达国家来说是一个非常好的成绩。

但另一方面,他们的发电量从2005年开始就几乎停止增长了。

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这种经济增长与电力增长不匹配的情况也导致近年来美国的大规模停电事件频发:

比如说2005年洛杉矶大停电,2011年美墨大停电,2012年美国马里兰、弗吉尼亚、俄亥俄等多州大停电,2019年纽约大停电,2021年得州大停电……

那么问题来了,为什么多供点电会这么难?强如美国也没办法加把劲搞出更多的电力呢?

大有大的难处

我们知道电力是由地球上的其他资源转化而来的,有可能靠烧煤,有可能靠水力,也可能靠核能、太阳能、风能等等。

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每个国家的资源禀赋不同,但一般来说国土越大资源就越多。

美国经常被人们称为“天选之地”,其本身的资源是非常丰富的。所以对于他们来说,如果想多发点电,多造几个电厂就行了,并不需要为资源发愁。

那么美国为什么不造呢?又不是没这能力。

因为这里面还涉及到另一个问题:资源的分布。

国土大的国家虽然资源丰富,但老天爷往往不会按照你的需求来安排资源具体的分布位置,现实中很可能在需要用电的地方没资源,在有资源的地方又不怎么用电。

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要解决这个矛盾无非有两个办法:

  • 把发电站建在用电的地方,然后把资源从远处运过来。
  • 把发电站建在有资源的地方,发出电后再把电力送到用电的地方去。

第一个办法的局限性很大,因为有些资源根本就无法运输,比如说水力资源,太阳能,风能等。至于核电站,因为它对地理条件的要求比较苛刻,也不能随便建。

能够做到“想建哪就建哪”的只有火电站。它是烧煤的,煤炭装上火车就能走。但即便是煤炭运输,也是一个极其考验基建能力的事。

目前只有某基建狂魔才能搞出重载运煤铁路,其他国家的运煤能力只能算是差强人意。

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而且包括美国在内的很多国家的煤炭产量也不高,挖煤运煤这些基础设施更不是说建就能马上建起来的。

比如说去年俄乌战争爆发后,能源紧张的德国就想重启煤炭产能,但是因为缺乏挖煤设备,这个事的时间表都排到五年甚至十年以后了…

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所以最好是用第二个办法,哪里有资源就在哪里起电站,发完电把电力顺着电线送到需要用电的地方就行了。

但这又会碰到一个新的问题:电力在输送过程中会有损耗。

如果输送距离太远的话就会有大部分电力损耗在路上,很不划算。

所以电力的输送有一个经济距离,一旦超过这个距离,这座电站就指望不上了。

那怎么才能让电力传输的距离尽可能远呢?

主要是靠增加电压。

根据欧姆定律,电压越高,电力在传输过程中的损耗就越小。

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因此世界上的电力强国们很早就实现了500千伏的高压输电线路,这个电压被称为“超高压”。

在这个电压下,输电线路能够实现的经济输电距离在700公里左右。

这个长度对于大多数国家来说是足够了,但美国不行,美国的国土横跨4000多公里,所以说大有大的难处。

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当年美苏两个巨无霸都研究过比“超高压”更高的“特高压”,也就是800千伏或者1000千伏以上的电压。

如果能达到这个电压水平,电力的经济传输距离就能达到2000-3000公里,如此一来,国土太大的问题就基本解决了。

苏联到八十年代的时候就已经建成了好几条特高压输电线路。美国则在七十年代完成了大量特高压输电的实验。

然而遗憾的是,苏联解体后就无力继续维持运营成本高昂的特高压线路,只好把建好的特高压线路全部降压运行,从此退出了特高压舞台。

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而美国虽然成功进行了一大堆实验,却从未将该技术应用于实际的工程中。

为啥不用呢?

因为对于美国的电力公司来说,这个事并不划算。

特高压输电线路的工程非常浩大,如果真的要上马,就需要统筹全国的力量全力以赴,共同应对高昂的成本和风险。

但美国的电力公司有80%以上属于私人所有,从根子上就没有“全国一盘棋”的需求。

对于他们来说,大家都蹲在自己的地盘里各顾各的就完事了。要把这些人组织起来一起面对巨大的风险和成本,比登天还难。

所以美国至今没能建成特高压输电线路,这个现实就从物理上决定了美国无法结成一个覆盖全国的统一电网。

目前美国的电网由三个独立的部分组成,分别是:西部电网、东部电网、得州电网。

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在把美国的电力系统划分成3大块后,经济输电距离达700公里的超高压输电线路就够用了。

不过尽管美国的电网是割裂的,但运行起来也没什么问题,无非就是把电厂建得离用电的地方近一些罢了。

反正对于普通人来说,无论你生活在哪个地区都是一按开关就来电,唯一不同的就是电费账单的开票单位。

但如果我们站在整体效率的角度上看,这种分裂的电网就有不少缺点了。

首先,它没有办法实现全国范围的电力调配。

如果一个区域的电力生产过剩而另一个区域的电力供给不足,你没有办法去对它们进行一个平衡。

第二个缺点是自然资源的利用效率会打折扣。就算某个地区发现了大量廉价的能源,其他地区也无福消受。

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总而言之就是分裂的电网无法实现资源的最优配置,既然做不到资源的最优配置,那么自然也就无法将电力成本降到最低水平。

不过对于电力公司来说这个问题很好解决,不就是成本高点嘛,电费提提价就行了,美国人又不差这点钱。

而且因为美国毕竟是个超级大国,即使是三分之一的区域也依然比大多数国家更大。所以他们就算是只能做到局部统筹,其电力成本也依然低于很多发达国家。

这么看起来特高压输电线路根本就没必要嘛。

真的没必要吗?

2021年初,“独立建网”的得克萨斯州遭遇了罕见的极寒天气。该天气导致该州上千台发电机组无法正常运行,于是有超过450万居民失去电力供应。

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而正是因为得州电网的“自成一派”,美国另外两大电网无论在主观上想不想救它,在客观上都没法救。

大家只能眼睁睁地看着这个资源大州在寒风中瑟瑟发抖。

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此时孤立无援的得州电网只剩下最后一个办法:提价。

得州电网在寒潮期间将电费从从50美元/兆瓦时一路提升到9000美元/兆瓦时,涨了差不多200倍。

那里一个普通家庭一个月的正常电费本来是200美元左右,结果在遭遇寒潮的2月份轻轻松松就能花出去上万美元。

于是该州的居民为了取暖不得不自谋出路,买得起高价电的就买,买不起的就自己发电,发不了电的就去烧柴,连柴都没有的就只能多裹两床被子或者跑到汽车里去吹空调了。

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最终这场寒潮造成了至少210人因受冻或一氧化碳中毒遇难。

此次严重的电力事故说明了小规模的分散电网很难做到“一方有难八方支援”,它的抗风险能力远不如大规模的统一电网。

不过美国人的情绪倒是颇为稳定,这是因为美国的电力系统本来就是“小灾小停大灾大停”,大家早已习惯成自然。

比如说今年因为风暴影响,该国俄克拉何马州、得克萨斯州、路易斯安那州、密西西比州和阿肯色州又有超过50万的居民陷入停电。

然而这些还只是眼前能看见的问题。

放弃全国统一电网的建设,除了导致资源利用效率低和抗风险能力差外,还有一个非常深远的影响,那就是严重减慢了美国电力科技发展的速度。

因为没有建设就没有需求。

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如果说石油是现代工业的血液,那么电力就是支撑现代工业发展的肌肉。

放弃电力科技的升级,就等于锁死了工业发展的上限,以后碰到能耗稍微高一点的产业就玩不转了。

那么中国为什么能够承受那么多高能耗的产业呢?

 

大一统电网

中国的电力发展在1979年确定了一个关键的战略方向:要建立高度统一的全国电网。

目标确实远大,但难度也是地狱级的。

中国的电力发展起步较晚,当时不要说传输距离3000公里的特高压技术了,连传输距离700公里的超高压技术都没有。一开始设备全部靠进口,然后被各种宰客。

后来国家联合了大量单位进行联合攻坚,总算是在1985年完全靠自己的技术建成了第一条500千伏主干线路(元锦辽海线),输电距离达600公里。

该工程的成功意味着我国在超高压输电领域再也不用仰人鼻息。

只是这个输电距离还远远不够。

中国的资源分布实在是太不均衡了。

我国的水力资源集中在西南,煤炭资源集中在西北,风能太阳能等清洁能源集中在西部偏远地区,但是大部分人口都集中在东部。

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如果仅靠6-700公里的输电距离去建电站,那就只能在东部地区就近建起大量的火电站,然后频繁从西北拉煤过来烧。

这样一来运营成本就会变得非常高昂,而且那些分散在广袤国土上的水力、风能、太阳能等资源都只能眼睁睁地浪费掉。

火电虽好,但也不能全靠它。

所以我国在21世纪初开启西部大开发战略后,就把“西电东送”的庞大计划提上了日程。

在这个计划里,输电距离高达2000公里以上,于是特高压输电线路就成了刚需。

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其实特高压输电技术本身并不算太新,西门子、ABB、东芝这些公司都能生产相关设备。

不过正如上文所说,该技术最大的问题是没有在现实中获得过大规模的实际应用。

那些公司的技术和设备只是理论上能行,至于大规模铺开后的实际效果如何,谁也不敢打包票。

按理说这种在技术上还存在不确定性,在市场中又没什么人要的产品,能碰到一个大买家是不容易的。所以他们在面对中国这种潜在大客户时,应该殷勤备至才对。

然而这帮人当年防我们跟防贼差不多。我们作为一个潜在买家想去看看产品,连拍照都不被允许。

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而且设备还不单卖,如果想买,就得支付极高的价格去购买整套服务,主打一个“爱买不买,敢买就宰”。

现在看来这些西方大佬们的“生意经”着实让人费解,他们恨不得把“靠不住”这三个字直接刻在自己脑门上,连装都懒得装。

要知道西电东送是国家战略,是一个覆盖960万平方公里土地的超级工程。我们胆子再大也不敢跟这种合约还没签就把镰刀亮出来的供应商合作,所以接下来就只剩华山一条路了:

自己搞。

中国在大部分领域都处于追赶者的地位,这样的处境也有一个好处,那就是可以吸收前人的经验教训,降低试错成本。也就是我们常说的“后发优势”。

但在“大规模应用特高压输电线”这条赛道上,现成的经验是没有的,横七竖八地躺着的电力强国倒是不少,赛道前方是一片迷雾。

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所以这里面就存在大量的技术难点。比如说在特高压环境下,几乎所有的材料都会变成导体,而制作变压器又需要绝缘材料。

怎么办呢?

传统变压器用的绝缘材料是陶瓷,所以美国的解题思路是改良陶瓷,把它的性能提升到能够承受特高压的水平。

最终美国确实把这种特制的陶瓷给造出来了,但在应用中却存在一个巨大的问题:用这种陶瓷做出来的变压器重量太大,居然达到了7000吨。

不知道的还以为你在造军舰。

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这种重量的变压器偶尔造几台还勉强可以,想大面积普及就不现实了。

而中国的目标是建设大一统电网,特高压变压器是必须在全国各地大量装备的。

所以前人的经验根本没法用,这一次没有“巨人的肩膀”可站了。

我国从1986年的“七五”计划开始就把特高压输电技术的研究列为了重点项目。

到了2004年,国家电网牵头组织了几十个科研机构、200多家设备制造企业和500多家建设单位共同对特高压技术进行了最后的冲锋。

在共计几十万人的努力下,我国终于在2006年实现了首个特高压输电工程的核准。

这一次虽然没有“巨人的肩膀”可站,但研究人员展现出了惊人的创造力。就拿刚刚提到的绝缘材料来说,中国并没有像美国那样走改良陶瓷的路线,而是研发出了一种特制的绝缘纸。

你没看错,中国的特高压变压器里用的是纸。

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在这个“绝缘神器”的加持下,中国的特高压变压器仅重500吨。

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虽然这个重量运输起来依然不容易,但至少可以运了。

运输时需要临时封闭整条道路进行配合:

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2008年,我国第一条1000千伏的特高压输电线路建成,即“晋东南—南阳—荆门线”。

该线路连通了华北和华中两大电网,让山西的火电直接输入湖北,使得湖北每年可以减少外购电煤700万吨。

这个电压的输电线路在当时的全球仅此一条,因此我国也从这一年开始在特高压领域甩开其他国家。

在这里需要科普一下,特高压输电技术又分为交流技术和直流技术,其中直流技术的效率更高,技术更先进。

比如说800千伏直流输送的能量就可以超过1000千伏交流输送的能量。

在很多年前,苏联曾经实现过1000千伏的特高压交流输电,那是人类输电技术的一个高峰。

不过在我国于2009年完成“云南-广州线”的±800千伏特高压直流输电工程建设后,这个高峰就易主了。

2019年我国又实现了±1100千伏的特高压直流输电工程的运行,这使得我国在特高压输电技术上一骑绝尘,从此具备了在5000公里范围内输送千万千瓦级电能的能力。

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这下不要说中国电网了,有需要的话连亚洲电网都不在话下。

正是因为这种相对全世界的压倒性优势,当前特高压领域的各项技术标准都是由中国人在编纂。

这也造成了一个有趣的现象,因为标准都是中国人编纂的,所以里面用的自然是中文。因此现在各国的电力行业从业者如果想接触特高压领域,就必须先学中文。

当然了,强悍的产品都有一个共同的特点:贵。

根据相关报道,我国仅在“十四五”期间对特高压工程的投资额就达到了3800亿元。

将四川电力送往浙江的鹤滩-浙江特高压输电工程:

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看到这里难免会有人产生疑问,这么昂贵的系统,值吗?

意义

建立一个以特高压输电技术为基础的全国统一电网,除了可以充分利用国家资源外,还可以在局部区域出问题时轻松调用其他地区的电力来救急,实现“一方有难八方支援”

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不过这些只是眼前看得见的好处,从长远来看,建设大规模电网还有一个非常重要的意义,那就是推动了电力技术的全面进步。

因为大规模电网一旦建立起来,你就不得不研发大量新技术去满足它带来的各种新需求。

一个国家的电力技术水平上限从根本上来说是由它的电网规模决定的。

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另外大规模电网还对发电站的建设有巨大的促进作用。

当你无论在什么地方发出多少电,都可以被整合起来送到最需要的地方的时候,你就再也不用担心因为发电太多而造成的浪费问题了。

于是人们便可以放开手脚在各个资源产地建设超级发电工程。

比如说:

位于四川云南交界,年发电量可以满足7500万人一年生活的世界第二大水电站白鹤滩水电站:

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面积超过600平方公里(接近一个新加坡)的青海塔拉滩光伏发电站:

限制镓出口有用吗?为什么要给越南供电?这两个问题的背后其实有着同一个答案。

在超级电网和众多超级发电工程的加持下,中国在2011年成为了世界第一的电力大国,在2016年成为超越美国的最大可再生能源生产国。

现在中国的发电量已经超过了美国的两倍,工业用电量则已经是美英法德日韩六大工业国之和的2.5倍。

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拥有如此强大的电力供应系统,我国能够大规模开展对于很多国家来说“能耗过高”的产业也就不足为奇了。

反过来说,虽然很多产业从技术上看并不高端,但当你真正去建厂的时候就会发现,没有哪个工厂是可以凭空建立的。

就比如说本文开头提到的那个耗电巨大的镓产业。

你脱离一个强大的电网自己去搞个镓工厂行不行呢?

行是行,但那样的话你就得专门为这个工厂去建个发电站,然后花钱购买用于发电的煤炭或油气资源,有必要的话还得兴建跟燃料运输相关的基础设施。

这成本就要涨到天上去了。

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工业产品一般都讲究个“量大从优”,你要想实现中国的产量和成本,就得拿出和中国同级别的发电规模;而要拿出这个级别的发电规模,就得建立同级别的电网。

这个世界上不存在空中阁楼,地基的建设从来都是环环相扣的。有些产业看起来没什么技术门槛,不代表它没有门槛。

不过话又说回来,建立一个和中国同等规模的电力系统是不是很难呢?

虽然有难度,但并非不可行,尤其是对于美国这样的世界头号强国来说。

他们虽然没有搞出适合大规模应用的特高压输电技术,但中国手里已经有现成的。他们可以购买专利,甚至干脆邀请中国的队伍来进行建设和管理,直接“站到巨人的肩膀上”。

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一个覆盖全美的大电网加上众多在资源产地建起的超级发电站,可以从根本上提升美国工业的发展上限。到时候什么电解铝,镓制造都不在话下。

但很遗憾,他们并不打算这么做。

正如前文所说,他们的电力系统属于一大堆“割据”的私人公司,这些“诸侯们”怎么会愿意支付高额成本去为他人做嫁衣呢?

所以统一是不可能统一的,只有在自己的地盘里经常提提电价才能维持得了电力供应这样子。

至于国家的工业发展上限是不是被锁死了,那并不是这些老板们考虑的问题。

事实上不要说建立特高压输电线了,美国现在连大规模更换老化的电力设备都很难做到,能把现有水平维持住就不错了。

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电力供应的拉胯导致美国的工业用电量在最近的二十多年里一直原地踏步,工业产能被锁得死死的。这就不难理解为什么美国人会如此热衷于通过“盘外招”的方式来实现“工业复兴”了。

中(红)美(蓝)2000-2022工业用电量对比:

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既然自己要作茧自缚,那么自然就会发现低价购买中国产品才是过日子的最优解,只不过美国人从来就没有认真想过,为什么中国的工业产品会这么便宜。

在他们看来,这不就是一堆便宜货嘛,中国不就是人力成本低嘛,其他发展中国家也可以嘛。

但实际上中国的人力成本早就超过了一般发展中国家的水平。

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从上图可见,中国的制造业人力成本从2012年开始就甩开了众多发展中国家,但那些国家至今仍然拿不出比中国制造更加物美价廉的工业产品。

这是因为工业生产除了靠人力以外,还需要依靠大量的基础设施和包括电力在内的各种能源。

所以在美国对中国举起制裁大棒的时候,这些国家的最优选并不是替代中国产业链,而是倒卖中国产品。

比如说在美国扬言脱钩后,墨西哥对美国的出口就出现了大幅增长,但同时中国对墨西哥的出口也出现了大幅增长,这里面发生了什么不言自明。

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人们经常说条条大路通罗马,但这里面效率最高的道路肯定只有一条。

结语.真正的大棋

我国目前主要的电网公司有两个,一个是国家电网,一个是南方电网。两家公司不仅技术共享,同时存在一定的物理连接。

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南方电网覆盖,广东、广西、云南、贵州、海南五个省区,它在我国电力发展战略中主要负责进行各项改革试点项目,为国家电网提供可借鉴的经验,比如说向越南卖电就是南方电网的业务。

而国家电网不仅覆盖我国大部分地区,还在全球范围内建设了包括特高压输电线路和主干能源网在内的大量项目。

不知是有意还是无意,“国家电网”(State Grid)这个公司名称从字面意义上来说并不特指中国,放到任何国家都可以适用。

目前国家电网确实也参与运营着巴西、菲律宾、澳大利亚、蒙古、斯里兰卡、卢旺达、葡萄牙、意大利、希腊、智利等10个国家的电力网络。

国家电网建设的巴西美丽山特高压输电工程:

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中国团队技术先进经验丰富,运营起来效率自然很高。不过如果单从效率的角度来看,各国的最优选是在条件具备的情况下直接接入中国电网。

中国在2020年的时候就已经与俄罗斯、缅甸、越南、蒙古、哈萨克斯坦、朝鲜、老挝等7个国家实现了电力互联,并建立了至少10条跨国输电线路。

所以越南在遭遇电荒的时候才能轻松跑过来“搬救兵”。

理论上来说,一国的电力供应能辐射多大的范围,主要取决于经济输电距离的长度。所以随着未来技术的不断进步,有机会接入中国电网的国家会越来越多。

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而如果在未来真的有足够多的国家接入中国电网,那么世界的规则就将在悄无声息中发生改变。

为什么这么说呢?

如果我们把电力看成一个商品,就会发现这个商品存在以下几个特点:

价值稳定,不占空间,易于分割,运输方便,不会磨损。

这样的特点和另一个我们熟知的商品很像:

黄金。

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黄金正是依仗这些特点成为了人们最认可的一般等价物,人类社会的货币体系就曾经是锚定黄金的金本位制度。

但黄金也有缺点,就是产量太有限,无法承载起人类财富的爆发式增长。所以现在的货币体系已和黄金脱钩,变成了由国家信用背书的一种信用体系。

美国政府一句“信我”,美联储就把美元哗啦啦的印出来了。

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信用的扩张上限远大于黄金产量,但这玩意一旦扩张起来就没个把门的。现实中的印钞机很快就在一声声“信我”中迷失了自己,印出了远超实际财富的钞票。

所以现在的人们并不相信自己兜里那些货币的价值,总担心自己被通胀收割。

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在这种情况下,还想单纯依靠国家信用去国际上推广自己的货币就比较困难了。

但如果用具备“一般等价物特点”的电力去背书,情况就完全不同了。

现代工业社会中几乎所有的产品成本都可以换算成电能损耗,

1度电其实就是一个能量单位(1度电=3600000焦耳能量),它相当于在海平面把360吨的重物举起1米高所需要消耗的能量,全世界通用。

而人类可以操控的能量在理论上是无限的(只要你努力)。能量越大,改造自然的能力就越强,生产力也就越高。

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所以电力就是现代工业社会中最好的一般等价物,它的适用性远超石油和黄金。

建立起货币价值与电力挂钩的“电本位体系”,可以有效提升人们对该货币的信心,让它更容易被市场接受。

不过这个设想还有一个最大的问题,那就是当前世界上的电网是分散的。

一个电网所有者用自己的电力给自己的货币背书很简单,但却很难让这个货币在其他地方获得认同。因为你的电力送不过去,别人拿着你的钱也没用。

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解决方案有两个:

一是建立一个国际电力交易市场,通过复杂的交易组合把不同电网的电力交易关联起来,实现它们之间的兑换。

比如说用A网的钱交易A网的电,再用A网的电交易运往B网地区的煤,然后再用这批煤交易B网的电,诸如此类。

第二个方案就是建立一个覆盖所有人的超级电网,大家全都生活在一个电网内,随时随地可以拿钱买电,所有问题就都解决了。

很显然第二个方案要直接有效得多。

现实中确实也有不少国家联合建立了跨国电网,比如说欧洲和东盟。这些跨国电网在资源配置中确实起到了很好的作用,但也存在一些问题:

  • 因为缺乏一个核心节点,各成员所占的发电比重都差不多,所以很容易出现互相扯皮的现象,尤其是在电力紧张的时候。

     

    比如说去年德国就因能源紧张而宣布削减对邻国的电力出口。

     

  • 这些国家的技术能力有限,虽然建起了跨国电网,但并不具备大范围统筹电力的能力,只能就近互通有无。

     

    也就是说这些电网虽然“跨国”,但远谈不上“统一和高效”。

说到底,全球发电量的数据摆在那,现在有资格建立起一个真正高效的大规模国际电网的,只有发电量占全球30%的中国。

而一个以中国为中心的大区域电网一旦被建立起来,人民币就将在这个区域内获得强有力的背书。

届时我国境内的山川河流、风雨阳光…都将成为我们的印钞机。

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即使跳出国家的范畴,站在全人类的角度上来看,不断扩大电网规模也是文明发展的必经之路。

按照本文开头提到的“卡尔达舍夫标准”,文明的等级就取决于其能源利用的水平。

而高水平的能源利用系统,必然是建立在规模庞大且可以全局统筹的能源网络的基础上的。

比如说只要统一电网的规模足够大,人们就可以在撒哈拉沙漠建光伏发电站点亮欧洲,在南极洲建风力发电站赋能南美…

所以对于能源和文明的升级来说,没有什么问题是大一统不能解决的,如果有,那就把大一统的规模再扩大一些。

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全文完

附录1,中国部分超级发电工程:

大连海上风电项目:

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敦煌光热发电项目:

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酒泉风电基地:

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云南小湾 水电站:

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青海塔拉滩光伏发电站:

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内蒙古托克托火电站:

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山东石岛湾核电站(同时拥有第四代和第三代改进型反应堆):

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附录2 ,中美自然资源产量对比(转自金十数据):

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