为什么美国电网老是出问题？
美国电网确实时不时地会遇到故障，引发大家对“为什么”的疑问。这背后不是单一原因造成的，而是多种因素交织作用的结果，就好比一台复杂的机器，哪怕一个螺丝松了都可能影响整体运转。要详细地说，咱们得从几个大方面聊聊。
1. 老化与基础设施的投入不足
首先，得承认美国电网很多部分的年纪确实不小了。自从大规模发展电网以来，已经过去了半个多世纪，甚至更久。早期建设的输电线路、变压器、变电站等设备，虽然一直在维护，但毕竟是老物件了，其设计标准、耐受能力和效率自然跟不上时代的需求。
就好比你家的老房子，即使你天天打扫、修修补补，但承重墙、水电管线老化的问题终究会暴露出来，遇到极端天气或者大负荷运转，就容易出问题。美国电网也面临着类似的情况。更新换代需要巨额的资金投入，而且这是一个漫长且复杂的工程，涉及到拆除旧设备、安装新设备，过程中还不能断了周边区域的电力供应，协调起来难度相当大。
所以，虽然有一些投资在进行，但整体上，基础设施的更新速度似乎跟不上电网老化的速度，也跟不上不断增长的电力需求。
2. 天气极端化与自然灾害的挑战
近年来，全球范围内极端天气事件频发，美国也不例外。强风、暴雨、冰雪、飓风、野火，这些自然力量对电网的考验是毁灭性的。
高压线和电线杆： 强风会吹断电线，导致短路或断裂。积雪和冰的重量会压垮电线杆，线路也会因此中断。
变电站和设备： 洪水可能淹没变电站的关键设备，导致短路和损坏。野火的蔓延更是直接威胁着架空线路和输电塔，高温还会导致设备过热而失效。
地域脆弱性： 美国地域广阔，不同地区的电网暴露在不同的自然风险之下。例如，沿海地区容易受到飓风侵袭，西部地区则要面对野火的威胁，中西部则容易遭受龙卷风和暴风雪的破坏。
传统的电网设计可能更多地考虑了正常或相对温和的天气条件，而应对极端天气的韧性相对不足。这就导致了在这些极端事件发生时，电网更容易大面积瘫痪。
3. 网络安全与物理攻击的威胁
现代电网高度依赖信息技术系统进行监控、控制和调度。这就像是给电网装上了“大脑”和“神经系统”，虽然提高了效率，但也引入了新的脆弱性——网络攻击。
网络入侵： 恶意黑客可能试图通过网络入侵电网的控制系统，篡改指令，导致设备误操作、过载甚至被损坏。一次成功的大规模网络攻击，可能会在极短的时间内让大片区域陷入黑暗。
物理破坏： 除了网络攻击，电网也面临着物理破坏的风险。这可能来自于恐怖袭击、蓄意破坏的个人或团伙，他们可能针对变电站、输电线路塔等关键基础设施进行破坏。尽管这种事件相对罕见，但一旦发生，造成的后果也是灾难性的。
电网运营者在加强网络安全方面投入了大量精力，但随着攻击手段的不断演进，这依然是一场持续的猫鼠游戏。同时，要确保物理设施的绝对安全也需要巨大的成本和人力。
4. 需求增长与能源结构的复杂性
随着经济发展和人口增长，美国对电力的需求一直在稳步上升。尤其是电动汽车的普及、数据中心的扩张以及家庭对电子产品的依赖，都进一步增加了对电力的需求。
负荷高峰： 在夏季高温或冬季严寒的天气，空调或取暖设备的使用会造成电力需求的急剧飙升，尤其是在午后和傍晚的“尖峰负荷”时段。如果电网的发电能力或输配电能力不足以满足这些高峰需求，就可能导致电压下降或直接停电。
能源结构转型： 美国正处于能源转型期，从传统的化石燃料向可再生能源（如太阳能、风能）过渡。虽然这是大势所趋，但这种转型也给电网带来了新的挑战。
可再生能源的间歇性： 太阳能只在白天有，风能也受风力大小的影响，这两者都是间歇性的发电方式。当这些发电方式出力不足时，就需要其他可靠的电力来源来弥补，而传统的发电方式（如燃气电厂）需要时间来启动和调整出力，这种“衔接”上的问题可能在需求高峰时暴露出来。
电网互联的挑战： 虽然美国电网在不同地区之间有互联，可以互相支援，但这同时也意味着一个地区出现的问题，如果处理不当，可能会通过互联系统传递并扩散到其他地区，造成更大范围的停电。
5. 监管、投资和协调的滞后
电网的建设、运营和监管是一个极其复杂且多层级的体系，涉及联邦、州以及地方政府，还有众多的私营和公共电力公司。
监管的滞后性： 监管政策和标准可能无法及时跟上技术发展和新出现风险的步伐。例如，在应对气候变化影响、网络安全新威胁或可再生能源整合方面，监管框架的更新可能需要时间。
投资的不足与决策周期： 电网升级改造是一项资本密集型工程，其回报周期长，而且往往需要长时间的规划和审批。如果资金投入不足，或者审批流程过于冗长，就会延缓必要的升级。
利益相关者的协调： 在一个如此庞大且碎片化的体系中，协调不同电力公司、州政府、联邦机构以及消费者之间的利益和需求，本身就是一项巨大的挑战。
总结一下：
美国电网的出问题，不是某一个原因造成的，而是 基础设施老化 是基础病，而 极端天气 是直接诱因， 网络安全和物理攻击 是潜在威胁， 不断增长的需求和能源结构转型 是压力源，再加上 监管、投资和协调上的挑战 共同作用的结果。
就好比一个人，本来身体就有点小毛病（老化），再加上熬夜（高需求）、吹风淋雨（极端天气），还可能遇到病毒侵袭（网络攻击），想健康地运转起来，确实需要全方位的精心呵护和持续的投入。电网也一样，要实现“可靠供电”，是一项永无止境的系统工程。
1. 老化与基础设施的投入不足
首先，得承认美国电网很多部分的年纪确实不小了。自从大规模发展电网以来，已经过去了半个多世纪，甚至更久。早期建设的输电线路、变压器、变电站等设备，虽然一直在维护，但毕竟是老物件了，其设计标准、耐受能力和效率自然跟不上时代的需求。
就好比你家的老房子，即使你天天打扫、修修补补，但承重墙、水电管线老化的问题终究会暴露出来，遇到极端天气或者大负荷运转，就容易出问题。美国电网也面临着类似的情况。更新换代需要巨额的资金投入，而且这是一个漫长且复杂的工程，涉及到拆除旧设备、安装新设备，过程中还不能断了周边区域的电力供应，协调起来难度相当大。
所以，虽然有一些投资在进行，但整体上，基础设施的更新速度似乎跟不上电网老化的速度，也跟不上不断增长的电力需求。
2. 天气极端化与自然灾害的挑战
近年来，全球范围内极端天气事件频发，美国也不例外。强风、暴雨、冰雪、飓风、野火，这些自然力量对电网的考验是毁灭性的。
高压线和电线杆： 强风会吹断电线，导致短路或断裂。积雪和冰的重量会压垮电线杆，线路也会因此中断。
变电站和设备： 洪水可能淹没变电站的关键设备，导致短路和损坏。野火的蔓延更是直接威胁着架空线路和输电塔，高温还会导致设备过热而失效。
地域脆弱性： 美国地域广阔，不同地区的电网暴露在不同的自然风险之下。例如，沿海地区容易受到飓风侵袭，西部地区则要面对野火的威胁，中西部则容易遭受龙卷风和暴风雪的破坏。
传统的电网设计可能更多地考虑了正常或相对温和的天气条件，而应对极端天气的韧性相对不足。这就导致了在这些极端事件发生时，电网更容易大面积瘫痪。
3. 网络安全与物理攻击的威胁
现代电网高度依赖信息技术系统进行监控、控制和调度。这就像是给电网装上了“大脑”和“神经系统”，虽然提高了效率，但也引入了新的脆弱性——网络攻击。
网络入侵： 恶意黑客可能试图通过网络入侵电网的控制系统，篡改指令，导致设备误操作、过载甚至被损坏。一次成功的大规模网络攻击，可能会在极短的时间内让大片区域陷入黑暗。
物理破坏： 除了网络攻击，电网也面临着物理破坏的风险。这可能来自于恐怖袭击、蓄意破坏的个人或团伙，他们可能针对变电站、输电线路塔等关键基础设施进行破坏。尽管这种事件相对罕见，但一旦发生，造成的后果也是灾难性的。
电网运营者在加强网络安全方面投入了大量精力，但随着攻击手段的不断演进，这依然是一场持续的猫鼠游戏。同时，要确保物理设施的绝对安全也需要巨大的成本和人力。
4. 需求增长与能源结构的复杂性
随着经济发展和人口增长，美国对电力的需求一直在稳步上升。尤其是电动汽车的普及、数据中心的扩张以及家庭对电子产品的依赖，都进一步增加了对电力的需求。
负荷高峰： 在夏季高温或冬季严寒的天气，空调或取暖设备的使用会造成电力需求的急剧飙升，尤其是在午后和傍晚的“尖峰负荷”时段。如果电网的发电能力或输配电能力不足以满足这些高峰需求，就可能导致电压下降或直接停电。
能源结构转型： 美国正处于能源转型期，从传统的化石燃料向可再生能源（如太阳能、风能）过渡。虽然这是大势所趋，但这种转型也给电网带来了新的挑战。
可再生能源的间歇性： 太阳能只在白天有，风能也受风力大小的影响，这两者都是间歇性的发电方式。当这些发电方式出力不足时，就需要其他可靠的电力来源来弥补，而传统的发电方式（如燃气电厂）需要时间来启动和调整出力，这种“衔接”上的问题可能在需求高峰时暴露出来。
电网互联的挑战： 虽然美国电网在不同地区之间有互联，可以互相支援，但这同时也意味着一个地区出现的问题，如果处理不当，可能会通过互联系统传递并扩散到其他地区，造成更大范围的停电。
5. 监管、投资和协调的滞后
电网的建设、运营和监管是一个极其复杂且多层级的体系，涉及联邦、州以及地方政府，还有众多的私营和公共电力公司。
监管的滞后性： 监管政策和标准可能无法及时跟上技术发展和新出现风险的步伐。例如，在应对气候变化影响、网络安全新威胁或可再生能源整合方面，监管框架的更新可能需要时间。
投资的不足与决策周期： 电网升级改造是一项资本密集型工程，其回报周期长，而且往往需要长时间的规划和审批。如果资金投入不足，或者审批流程过于冗长，就会延缓必要的升级。
利益相关者的协调： 在一个如此庞大且碎片化的体系中，协调不同电力公司、州政府、联邦机构以及消费者之间的利益和需求，本身就是一项巨大的挑战。
总结一下：
美国电网的出问题，不是某一个原因造成的，而是 基础设施老化 是基础病，而 极端天气 是直接诱因， 网络安全和物理攻击 是潜在威胁， 不断增长的需求和能源结构转型 是压力源，再加上 监管、投资和协调上的挑战 共同作用的结果。
就好比一个人，本来身体就有点小毛病（老化），再加上熬夜（高需求）、吹风淋雨（极端天气），还可能遇到病毒侵袭（网络攻击），想健康地运转起来，确实需要全方位的精心呵护和持续的投入。电网也一样，要实现“可靠供电”，是一项永无止境的系统工程。
网友意见
基础设施领域容易发生市场失灵，即使过度竞争，社会获得了消费者剩余的好处，资源浪费也是不划算的。国家主义和计划经济，当然绝不是一无是处，而且解决了效率问题以后，好处显而易见。
在2013年的时候和美国的工程师在山西调试设备，他在美国的电力公司上过班，有一天恰好聊到美国和加拿大东部地区大面积停电。
讨论时，我提出的问题是美加大停电。
出问题的地区是克利夫兰，托莱多，纽约奥尔巴尼，底特律，新泽西州，然后蔓延到纽约市的五个区和长岛先生罗彻斯特县，新泽西，佛蒙特州和康涅狄格州安大略省南部，涉及东部电网。
事故最早出现于俄亥俄州北部克利夫兰地区一条34.5万伏的超高压输电线路。2003年8月14日下午3时许，不知什么原因，这条输电线路突然出现过载现象。这本来不是什么大问题，按照设计，过载电流可以由附近其它线路“吃进”，但大量电流回流，导致输电线路温度急剧升高，并随高压电线急剧扩散，最终烧断。26分钟后，“吃进”过载电流的第二条34.5万伏超高压输电线路因温度过高，导致线路软化，落在树枝上，短路停电。2条输电线路相继“罢工”，导致克利夫兰地区剩余3条超高压输电线路工作负荷急剧增加，最终“不堪重负”，分别在3:41、3:46和4:06断电。此后5分钟内，从美国东部到加拿大五大湖区，巨大的电流无路可走，在迂回数千公里的输电线和变压站之间乱窜。俄亥俄州的几座主要发电厂出于保护电机设备的需要，过载保护应急系统自动启动，率先关闭发电机组。此后，密歇根州、纽约及加拿大安大略省的发电机组也相继自动关闭，14日下午4时11分，美加中东部近5000万人陷入一片黑暗之中。
他提到的要点：
1.美国电网是私营的，没有统一的调度，在同一区域有多个私营公司营业，输电线路和变电站是私营公司建设运营的，一些平时不大用得到的线路（如跨地区的，平时没有多少流量互相支援线路）不会建设。
2.两个城市群间可能有多个路径可用，正常情况下每条线路都分担一部分负荷。
他画了一张简图，城市群2为供电中心，城市群1为负荷中心。A、B、C代表三个公司分别建设的输电线路。
三条线路的起点和终点都是一样的变电站，如果电力用户和公司A签订供电协议，实际用户用电的时候电可能通过B公司或者C公司的线路过来，也可能通过其他线路中转过来。
3.如果某一条线路A由于故障退出运行，由于城市群1的负荷不能很快调整，则B、C两条线路的负荷会很快加大，可能有另一条过负荷退出运行，剩下的线路会因为过负荷相继崩溃。
而电力系统一旦出现紧急故障，处置的时间要以秒或者分钟计算，由于没有统一的集中调度，美国电网发生局部故障的时候很难迅速响应，将事故限制在较小的范围内。
年代有些久远，可能个别细节不准确。
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