里奇伯勒发电站的冷却塔在排放完最后一次煤烟后，几十年里一直耸立在英格兰东南肯特郡的低洼地带，指引着渔船驶入英吉利海峡。这一切在2012年3月11日早晨结束，当时经过控制爆破，这座30层高的塔楼化为瓦砾，为更清洁的未来腾出了场地。
在改名为里奇伯勒能源公园的这里，取而代之建造的建筑高耸入云，粉刷着三层绿灰色，仿佛决心融入天空。它嗡嗡作响，输送着100万千瓦的电力——足以供应100万户家庭——但它不排放任何废气，也不需要烟囱。它的能源并非在此地产生，仅仅是路过，由一种被称为Nemo Link的新型基础设施输送。它是一条“互联线路”，连接着英国和比利时的电网，就像是电子的“英法海底隧道”。它最显眼的功能隐藏在视线之外：一对粗如2升苏打水瓶的铜缆，从中部的里奇伯勒延伸87英里，横跨英吉利海峡，到达比利时的泽布鲁日港，靠近布鲁日市。
Nemo 为两国提供可再生和可靠的能源——这两个词并不经常同时出现。我们期望电力供应稳如磐石，但风能和太阳能却像微风和阳光一样是间歇性的。有了这条高压连接线，当英国电力不足时，比利时可以输送电力；反之亦然。
目标是让Nemo的运行成为两国电网结构的一部分，允许电力按需双向流动，以60分钟为一个时间块。这有经济上的原因：英国国家电网和比利时Elia两家公用事业公司都可以通过出售多余电力来节省（并赚取）金钱。这也有技术上的原因：两国在用电高峰或停电时可以迅速共享电力。但最重要的是，这还有环境方面的原因：可再生能源必须与发电量相匹配地被消耗掉，因为我们还没有能够达到电网规模的电池。时间是固定的。但得益于Nemo这样的连接线，空间现在变得灵活了。
Nemo是广泛战略的一部分：它是互联线路建设热潮中的第一个完成的环节，而这场热潮讽刺的是，正值英国政治上脱离欧洲之际，却使得英国的基础设施与欧洲日益紧密。到2023年，英国电网将与法国、荷兰、比利时、挪威和丹麦连接，通过两条现有线路和四条新建线路。它们都服务于欧洲的脱碳目标。2016年，欧盟消耗的电力中有17%来自可再生能源。到2030年，欧盟希望达到32%——并有望在2050年实现气候中和，这意味着任何剩余的排放都将通过从大气中移除等量的碳来抵消。最近的研究表明，要实现这一目标，欧盟国家之间的互联容量需要扩大400%到900%。建设热潮才刚刚开始。
美国将来也必须解决同样的问题。我们的发电厂仍然排放大量碳，尽管风能和太阳能发电量增长迅速，去年已达到10%。但它们服务于局部、区域性的需求。这在未来十年可能会改变。特别是，美国东海岸海上风电项目的激增很可能会迫使我们重新思考我们的电网，并将Nemo这样的互联线路引入美国。
“另一边就是奇迹发生的地方，”穿着亮绿色安全背心的Scott Williams，在一个灰蒙蒙的冬日说，我们透过厚厚的安全玻璃向内望去。我们正看着一个和溜冰场一样大的大厅，里面摆满了像四层楼高的设备塔。每一座微型高楼都被管道缠绕，整个景象看起来就像是给小巨人搭建的健身房。
这个组合就是一个转换站，在这里，英格兰的交流电（AC），可以在电线上双向流动，被转换为直流电（DC），直流电单向流动，更适合长距离传输；在比利时也有一个类似的转换站，它会被切换回交流电。Nemo的设置还有一个重要的好处：使用直流电传输意味着两国之间的交流电网不需要同步就可以工作。在过去一年里，Williams负责西门子（设计了两个设施并制造了内部设备，这家德国工业联合企业）的整个运营的建设和调试。
Williams所说的“奇迹”，是一个大规模进行的常规过程。一个草莓大小的iPhone充电器将插座的交流电转换为5瓦的直流电。Nemo则将1000兆瓦的交流电转换为直流电，再转换回交流电。这项壮举需要2304个西门子模块，每个模块大约高尔夫球包大小。它们被安装成“六联包”并堆叠成类似健身房的塔状结构。周围的管道会泵送冷去离子水，以散发在交流电和直流电转换过程中产生的热量。一对技术人员在一个附近的控制室操作整个系统——但一旦解决了技术难题，该系统也可以远程运行。
最近，里程碑式的进展每周都在发生：转换器的首次通电，第一批电力通过它流动，然后是1000兆瓦的测试，Williams为此骄傲地拍下了控制器屏幕的照片，就像展示婴儿照片一样。启动这台机器——从技术上讲，是一个高压直流输电线路——是一个重要的时刻。但“一旦你连续三天做到这一点，他们就没工夫关注了，”Williams谈到控制室的工作人员时说。下周，他将正式将该项目从西门子移交给由国家电网和Elia共同拥有的一家合资企业。
直到Williams带领我们进入一个相邻的大厅，我们才完全意识到即将通过这座建筑的巨大能量。一个像路灯一样粗的臂，称为隔离开关，它升降着，在转换模块和海底电缆之间形成物理隔离。这是一个安全措施，允许技术人员百分之百确定巨大的电源线在接触之前已与另一端断开连接。（带有物理锁和钥匙的控制箱使这一点更加明确。）“在你旁边工作时，你肯定不希望比利时那边有人打开开关，”Williams说。这并不是在贬低比利时人——这只是连接两个电力系统固有的风险。
在俯瞰伦敦特拉法加广场的一个会议室里，国家电网公司的Nigel Williams解释说，他过去在英国公用事业公司工作时，负责仔细调整国内可用的电力供应以匹配需求——就像乐队指挥一样指挥不同类型的能源生产。但在他管理北海连接线（一条是Nemo三倍大的与挪威的互联线路）建设的新职位上，他考虑的是如何为国家能源基础设施做长远（几十年的）规划，而不是几分钟的规划。
“我认为每个人都开始意识到，像一个封建领地一样只经营自己的国家而不进行互联是很疯狂的，”Williams说。与光鲜亮丽的公司会议室形成鲜明对比的是，他穿着格子衬衫、牛仔裤和结实的靴子。他手机在桌上震动着，打来的是来自挪威的电话，他前一天晚上才从一次又一次奔波于促成其公司下一条大型互联线路的行程中回来。
“如果你擅长生产某种东西，就需要出口，这很有道理，”他说。特别是，英国在利用风能发电方面越来越有经验。在过去十年里，其北海的风力涡轮机发电量几乎为零，增长到8吉瓦的容量。在去年一个特别大风的日子里，英国产生的风能足以供电全国的三分之一——这一事件获得了胜利性的头条新闻。随着今年Nemo的开通，任何多余的电力都可以输送到比利时。但平静的日子怎么办？
要保持灯火通明，为电网供电的发电厂需要灵活且响应迅速。“供需必须秒秒匹配，”Williams说。煤炭发电厂非常灵活，其发电涡轮机可以根据需求轻松地加速或减速，但它们很脏。核能是清洁的——或者至少是低碳的——但“你无法随意调动它，”Williams说，这意味着无法根据需求调整其发电量。
互联线路提供了一个新的选择菜单——例如从比利时进口额外的核能，从挪威进口水力发电，或从丹麦进口风力发电。它们将电力从产生地输送到需要的地方。它们允许公用事业公司在可再生能源发电量高时（无论是季节性地，比如挪威的雪融化时，还是每天，比如北海的风暴吹过时）增加电力供应，或卸载多余电力。或者，正如Williams所说，“互联线路允许电力像你的可乐罐一样被交易和处理。”
但仅凭这些连接线无法解决电网向可再生能源转型的挑战。它们只是一个权宜之计，为每个参与国家争取时间来建造更多自己的涡轮机和开发新技术。挪威Rystad Energy的分析师Iben Fürst Frimann-Dahl跟踪全球可再生能源市场。“目前我们依赖于备用电源，尤其是在各国逐步淘汰煤炭和核能之际，”她说。如今，这意味着需要能够快速增加输出以满足高峰需求的设计的发电厂——但由于它们通常依赖煤炭或天然气，“峰值电厂”的工作与低碳目标相悖。未来，这将意味着需要储能。“当我们开发出这些电池时，可再生能源的大部分问题都会消失，”Frimann-Dahl说。在此之前，互联线路是连接电网的桥梁，也是通往完全可再生未来的桥梁。
1961年，约翰·F·肯尼迪总统委托建造了一个名为太平洋互联线（Pacific Intertie）的宏伟基础设施项目，这是更庞大的公共工程的皇冠上的明珠。在过去的三十年里，联邦政府在太平洋西北地区的哥伦比亚河盆地建造了一系列水力发电厂。总而言之，它们生产29吉瓦的电力，占美国目前水力发电量的44%。为了将这些能源从偏远的产地输送到城市客户，太平洋互联线提供了一条高压直流输电线路，从俄勒冈州和华盛顿州边界的哥伦比亚河沿岸延伸到800多英里外的洛杉矶大都市区边缘。
太平洋互联线于1970年竣工，但此后在美国再没有建造过如此规模的项目。“我们作为一个国家，并不处于国家建设模式，”哈佛肯尼迪学院的博士后研究员Jesse Jenkins说，他研究电网的工程和经济学。“我们不做长距离、大规模、国家规模的基础设施项目。”
部分是为了回答如果我们在进行国家建设时应该建造什么的问题，Jenkins和他的同事们最近发表了他们对全球40项“深度脱碳”（定义为发电排放量减少80%到100%）研究的分析。他们发现，这些战略需要能源生产和储存、消费减少以及输电增加的某种组合。令人惊讶的是，美国在任何一个方面都没有明确的计划。
但还是取得了进展。风能和太阳能发电技术已经成熟，成本与化石燃料发电具有竞争力，但储能仍然是最大的难点。将电网从必须瞬时匹配供需的束缚中解脱出来，将极大地有助于应对风不吹或阳光不照耀时不可避免的低谷期，但目前还没有这样的技术。尽管埃隆·马斯克的房屋大小的电池备受吹捧，但业内人士都认识到目前储能的选择是有限的。
欧洲解决储能问题的临时方案是互联线路，它实际上让一个国家能够利用另一个国家的风能。美国改进电网的需要同样重要。“我们的输电系统越大、越健壮，我们就能越广泛地将天气模式的变化分散到全国，”Jenkins说。根据国家可再生能源实验室的一项研究，要在美国实现80%的可再生电力（其中50%来自风能和太阳能），需要将长距离输电能力增加56%到105%。我们需要一个与旧电网一样大的新电网。尚未解决的政治问题是，这样一个耗资数十亿美元的项目，最终是否会比充满碳的大气层带来的灾难性高昂的后果节省更多的钱。
尽管如此，即使没有改造电网，美国的可再生能源也以惊人的速度得到应用，风能和太阳能的发电量在过去十年中从不到5%增至10%以上。到2020年，它们预计将占美国总发电量的13%，超过水力发电。最终，我们将别无选择，只能找到一种方法来适应其间歇性。
2016年，五台涡轮机从蓝色的大西洋海水中升起，它们600英尺高的桅杆由四足钢基支撑，漆成亮黄色，并闪烁着导航灯。它们是未来众多项目的开端。去年，马萨诸塞州授予了一项重要的海上风电合同，允许建造84台涡轮机，产生800兆瓦的电力。
这个项目被称为Vineyard Wind，是东海岸大规模建设的起点，其中一些项目由经验丰富的欧洲风电运营商管理（有时还获得资金）。根据花旗银行的一项分析，未来十年，美国东海岸可能会建造2000台海上风力涡轮机，装机容量达22吉瓦。
这是一个惊人的数字。丹麦于1991年建成了世界上第一个海上风电场，但直到2017年，全球海上总装机容量才达到18.8吉瓦，用了将近30年。
将22吉瓦的间歇性电力注入更广泛的美国电网将是一个挑战。Anbaric Development Partners公司首席执行官Edward Krapels，该公司设计和建造像Nemo一样的大型电力传输系统，正致力于为东海岸蓬勃发展的风电场建设一个海上电网。按照目前讨论的发展规模，它必须非常强大——其容量要远大于英国国家电网的新互联线路。但原则是相同的：电力必须输送到人们那里。很快，美国将需要Nemo这样的基础设施，高效灵活地将所有风力驱动的能源输送到海岸的高压输电线路。技术已经准备就绪。现在我们只需要决心。
本文最初发表于《大众科学》2019年夏季刊“让它持久”。
