撰稿：張一天
華輿訊 新年伊始，小米創始人雷軍在微博上公布了一套「隔空充電」系統。一個電腦主機大的隔空充電樁，可以對周圍幾米內的手機進行毫秒級空間定位，並通過波束成形將毫米波定向發射給手機，實現5W功率的充電，哪怕中間有異物遮擋也不影響充電效率。
▲小米「隔空充電」示意。（小米公司宣傳視頻截圖）
這樣的技術很容易讓人想起科幻作家們筆下，「猶如漂浮在電力的海洋里」的未來世界。
相比於永遠不缺電的手機，這種技術在物聯網領域或許有著更大的潛力，許多小型的感測器將不用考慮供電，實現如同「撒豆成兵」一般的快速部署。電力，正在被中國人用魔術一般的手法在時間和空間上進行調配。
丨千里送電，電更多，也要更靈活
「努力爭取2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和」是中國人應對氣候變化的宏偉藍圖。想要實現這一目標，用清潔能源改變目前中國以燃煤為主的發電方式就是第一要務。
中國的水電、風電和光電主要集中在西部地區，而絕大多數人口與用電需求則集中在東部，為了改變這種錯配局面，早在上世紀80年代中國就在遠距離輸電技術上不斷鑽研。
1990年10月，葛洲壩至上海直流輸電工程投入運行，作為中國第一條±500千伏直流輸電工程，拉開了超高壓直流輸電時代的序幕。隨著輸電電壓越來越高，電力損耗越來越小，能夠輸送的距離也越來越長，跨越上千公里調配電力在中國成了家常便飯。西藏電網在2020年底甚至宣布，過去半年中，他們將一億千瓦時來自青藏高原上的清潔能源，通過特高壓電網，跨越整個中國送去了河北雄安。
▲烏東德水電站送電廣東廣西特高壓多端柔性直流示範工程線路全長1452公里，途經雲南、貴州、廣西、廣東四省（區）。（圖片來自科技日報）
時至今日，中國的遠距離輸電工程已經把重心從「更遠」轉到了「更靈活」上。據科技日報報道，趕在2021新年之前，中國南方一條創造了19項世界第一的輸電大通道提前半年投入運行。
這條連接世界第七大水電站烏東德水電站和廣東、廣西，「特高壓」、「多端」、「柔性」的輸電線路每年可以輸送330億千瓦時，全部為可再生能源，相當於每年減少煤炭消耗950萬噸，減排二氧化碳2500萬噸。
傳統的特高壓輸電可以把電送去遠方，但送到之後如何利用還是一個問題。被源源不斷送來的電力就像一個鋼鐵巨人，能快速奔跑，但很難被控制，即使要停下來，也會有很大的慣性。受電一方往往需要在本地準備更多、更靈活的電力供應進行匹配，以消化其對本地電網帶來的衝擊。
烏東德-廣東廣西這條「柔性直流」線路的特點則在於，對電壓、頻率的控制更加靈活，就像一個完全可控的水泵，能夠精準控制水流的方向、速度和流量。它送來的電能不僅不再是對本地電網的衝擊，還能在關鍵時刻支持系統安全穩定運行。
科技日報介紹，這種突破的實現，背後是「中國製造」的不斷升級。柔性直流換流閥這一關鍵設備被稱為工程的「心臟」，如今世界首個能承受±800千伏特高壓的國產「心臟」已在龍門換流站穩定「跳動」。其中一些先進技術將被應用到即將建設的海上柔性直流項目，並將被國外廠家借鑒；IGBT關鍵晶元更是打破了國外少數廠家的壟斷。
丨工業企業用上「充電寶」
作為全球電動汽車生產消費的第一大國，中國有越來越多的領域正在享受到這一行業的「外溢效應」。
據江蘇南通媒體《通州日報》報道，截至2021年1月底，當地已經有十幾家中小企業用上了儲能設施。這些企業的特點是業務發展較快，原先租用的廠房電力設施容量有限，如果增容的話會產生比較高的費用。
儲能設施則像是一個特大號的「充電寶」，可以在電價便宜的夜間充電，留到白天輔助為工廠供電。以當地一家傢具廠為例，他們安裝了一套350KW/2MWH的儲能系統，5個小時就可充滿2000度電。
據報道，這套充電系統的電池主要來自電動汽車替換下來的梯次電池，成本比進行電力增容還要便宜。用夜間便宜的谷電補充白天昂貴的峰電，每月還能省下數千元人民幣的電費，之前受限於電力的電動烘乾等設備也可以放心使用，產能大大提升。
▲風電、廣電等清潔能源發電「陰晴不定」的特性使其更需要儲能系統的配合。圖為運行中的青海中控德令哈50MW光熱電站。（中新網資料圖）
儲能使用和電動車一樣的鋰電池，始終要受到鋰礦資源的限制。因此還有許多中國企業將希望寄托在飛輪電池、氫能源等新技術上。2020年9月，中國在遼寧首次實現了飛輪儲能設備35千伏電網併網。
據瀋陽日報報道，和前面提到的裝在用電端的鋰電池儲能設備不同，這裡的飛輪電池是用在發電端的。所謂飛輪電池，就是讓飛輪在一個密閉、接近真空的環境里快速旋轉，將能量以動能的方式存儲下來，需要使用時則用飛輪帶動電動機發電。
優點是充放電速度快，單位體積、重量下能儲存的能量甚至還要超過燃油，缺點則是對零件加工工藝要求極高，能量自然損耗較大。用來和風電、光伏等清潔能源發電方式配合，正好可以中和其發電能力波動較大的缺陷，高負荷時存電，低負荷時放電，將電力穩定的輸向電網。
丨核電突破帶來源頭活水
想要真正讓中國人「漂浮在電力的海洋里」，把電力在時間和空間上調配得再好，能夠發電的絕對量也要跟上才行。水、風、光等清潔能源普遍需要藉助特定的自然條件，想要實現真正「管夠」的清潔能源，核電仍然是最佳選擇之一。
2021年1月30日，全球第一台「華龍一號」核電機組福建福清核電5號機組已完成滿功率連續運行考核，投入商業運行。作為中國核電走向世界的「國家名片」，「華龍一號」是當前世界核電市場上接受度最高的三代核電機型之一。首堆投入商運為「華龍一號」的批量化建設和走向世界奠定了堅實基礎。
▲「華龍一號」全球首堆——中核集團福清核電5號機組。（圖片來自「國資小新」）
據介紹，「華龍一號」設計壽命60年，反應堆採用177堆芯設計，堆芯設計換料周期18個月，創新採用「能動和非能動」相結合安全系統及雙層安全殼等技術，在安全性上滿足國際最高安全標準要求。所有核心設備均已實現國產，所有設備國產化率達88%，完全具備批量化建設能力。
「華龍一號」每台機組每年可發電近100億千瓦時，能滿足中等發達國家100萬人口的生產和生活年度用電需求，同時相當於減少標準煤消耗312萬噸、減少二氧化碳排放816萬噸。
