为什么亨利·福特的理想电网未能成为现实?

这位实业家关于农业-工业微电网的梦想并未如他所愿。
Henry Ford article How Power Will Set Men Free
一个世纪前,亨利·福特呼吁可持续生活并停止使用煤炭。Popular Science

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早在全球变暖和海平面上升开始困扰我们的星球之前,科学家们就已了解碳排放引发的气候变化。许多人发出了警报,其中包括实业家亨利·福特。在1922年7月《Popular Science》杂志上发表的一篇文章《电力将如何解放人类》中,亨利·福特就已经在倡导一种替代性的电力愿景:为美国提供清洁电力。他倡导清洁能源和停止使用煤炭,这开启了一场持续百余年的争论。他的一些电力预测和提案并不完全准确,但他的远见值得评估。

福特认为城市是机遇的中心,为城市提供动力的电力不应来自煤炭。“煤炭,”他写道,“几乎是效率最低、成本最高的燃料。”因此,在可能是工业时代早期对可持续生活的最早呼吁中,福特提出了一个替代方案:由当地清洁能源供电的农业-工业社区,或称为微电网。

福特作为作家的遗产好坏参半:充其量是一个水晶球,最差则是有毒。除了几本书——包括一些关于他自己成就和想法的书——福特汽车公司的创始人还写过一些流传最广的反犹主义煽动性文章。他于1927年道歉,但那时已经造成了很大损害。《Popular Science》杂志在1922年选择了宣传家和工业未来主义者兼具的同一个人来介绍,这真令人遗憾。

20世纪20年代,当时不到一半的美国家庭配备了电力,电力公用事业是一团糟的小型、低效的分配系统,福特预见了集中式电网的整合。“权力的集中导致了工业的集中。但这种集中无法无限扩展,”福特写道。取而代之的是,他设想了一个由沿河盆地散布的农业-工业社区组成的美国,这些社区“像一串珍珠”,依靠水力发电,并从周围的当地农场获取食物。

卡内基梅隆大学绿色设计学院联合主任保利娜·贾拉米洛(Paulina Jaramillo)指出:“福特所描述的,变成了我们上个世纪中期发展的郊区,只是郊区发展在城市附近,而不是农场,并带来了巨大的负外部性。”这也被称为蔓延——将森林和农田等开放空间铺设和建造,并通过更多的道路交通推高碳排放。

尽管郊区的发展并未像福特设想的那样成功(作为汽车制造商,他仍然从中受益),但他的设想在1922年并非全新。埃比尼泽·霍华德(Ebenezer Howard),一位伦敦议会的速记员和自称的城市规划师,几十年来一直在推广类似的理念。在他的著作《明日的花园城市》(1898)中,霍华德描述了城市规模受限,拥有充足的开放空间和公园,并能接触农业。在美国,美化城市运动呼应了霍华德的理念,在福特《Popular Science》杂志的社论发表前蓬勃发展了三十年。

福特的水力发电设想也并非全新。早在19世纪80年代,就已经安装了小型水电站来点亮中西部工厂。福特认识到,所有城市,无论大小,都需要电力才能繁荣。“电力,”他指出,“是明天的关键。”他认为,当地产生的清洁能源比在集中式发电厂燃烧煤炭并将电力输送到大片乡村地区要好。

贾拉米洛同意,像福特所描述的可再生能源“微电网”可以“提高电力的弹性和可靠性”。但她对美国的集中式电网系统更为乐观。“这是一项工程奇迹,”她指出,称其为“20世纪最酷的工程项目之一”。这是因为它能够“即时匹配电力需求和供应,而存储非常有限”。事实上,2000年,美国国家工程院将美国的电网列为20世纪最伟大的工程成就。然而,贾拉米洛承认,集中式电网在应对气候变化的影响方面面临着严峻的挑战,气候变化将增加需求,同时影响供应和分配。她设想用可再生能源“并网微电网”来加强中央电网,这些微电网可以与中央电网进行交易,但在必要时也可以独立运行。

在1922年,福特不可能预见到美国最终会需要多少电力。“美国的所有河流,”福特相信,“拥有足够的电力来驱动每一台机器,加热每一个房间,照亮每一个建筑和街道。”以2022年的标准来看,他低估了大约十倍。根据美国能源信息署的数据,美国的河流或水力发电在20世纪90年代达到顶峰,现在仅占我们总能源的不到10%,尽管沿河有1400多个水电站。相比之下,煤炭在美国的发电量仍然超过所有可再生能源的总和,尽管仅是略微超过(22%对20%)。根据环境美国研究与政策中心和边疆集团(一个非营利组织)在2021年的一份报告,虽然水力发电量保持停滞,但风能、太阳能和地热能从2001年的占美国产出的0.5%增长到二十年后(2021年)的12%,并有望在未来几年挑战煤炭的第二大发电量排名(天然气位居第一)。

密歇根大学电气工程与计算机科学副教授、密歇根电力与能源实验室成员约翰娜·马修(Johanna Mathieu)认为福特的设想是“拼图中的一块”。与贾拉米洛一样,她设想互联互通的可再生能源微电网,这些微电网可以从系统中的任何地方获得能源生产的益处,但在系统出现问题时可以隔离并独立运行。马修的研究侧重于需求侧技术,或她称之为“电网边缘”。通过让家庭和电器了解其电力网络,它们可以相互协作以优化能源使用,并“平衡供需之间的差距”。例如,她的团队正在德克萨斯州的一个示范项目中与100户家庭合作,协调空调的使用,以保持电力需求平衡,通过远程传感器恒温器进行控制。“我们在控制人们的空调,”她解释说,“在不同时间开关它们,但确保房屋仍保持在正常运行的温度范围内,所以没有人应该注意到。”通过远程访问传感器恒温器,协调何时开关以维持精确的温度,马修的解决方案可以节省足够的能源,形成一个虚拟发电厂。

这种能源密集型解决方案可以被称为缓解碳排放的“软路径”。在1976年发表于《外交事务》(Council on Foreign Relations)杂志上的一篇题为《能源战略:未走的路?》的里程碑式文章中,物理学家阿莫里·洛文斯(Amory Lovins)表示,美国很快将不得不在两条对地球未来产生深远影响的能源道路之间做出选择。“硬路径”将继续照常营业,通过“硬技术”提供能源——更多燃煤电厂以及大规模、资本密集且对环境有害的解决方案。“软路径”将侧重于提高每单位能源的利用效率,以驱动家庭和企业。为了增加供应,软路径将过渡到“灵活、有弹性、可持续且有益”的能源来源和技术。

洛文斯毫不含糊。他明确表示,如果选择硬路径,那么在本世纪初大气二氧化碳浓度翻倍将几乎不可避免,届时或 soon thereafter 将导致全球气候发生重大甚至可能不可逆转的变化。”

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无数的证据表明,我们现在正面临着这些变化。自1976年那篇文章以来,美国一直走在洛文斯所说的硬路径上,主要依靠集中式煤炭和天然气发电。面对气候变化的压力,必须迅速用可再生能源取代化石燃料,并加强我们的电力基础设施,我们能否足够快地转型,实现一个世纪前福特所设想的可持续性?

马修认为,技术上已经具备了至少完全过渡到可再生能源的条件。她认为监管、政策和法律障碍是一些最大的障碍。“但是,如果我们选择这样做,”她补充道,“我认为我们能够做到。”

 

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比尔·古尔吉

特约撰稿人

比尔·古尔吉(Bill Gourgey)是《Popular Science》杂志的撰稿人,也是一位非官方的数字考古学家,他喜欢挖掘PopSci庞大的档案库来更新值得关注的旧故事(是的,旋转木马也是值得关注的)。


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