几十年来，里奇伯勒发电站(Richborough Power Station)的冷却塔一直笼罩在英格兰东南部肯特郡(Kent)的低洼地上，引导着渔船进入英吉利海峡(English Channel)。2012年3月11日上午，这一切都结束了。当时，一场有控制的拆除行动将30层楼高的塔楼夷为平地，为更清洁的未来清理了这片土地。
在他们重新命名的里克伯勒能源公园(Richborough Energy Park)的位置上，新建的大楼是一层非常高的楼，漆成三层绿色和灰色，好像决心要消失在天空中。它的发电量为1000兆瓦——足够为100万户家庭提供电力——但不排放废气，也不需要塔或烟囱。它的能量不是在这里产生的，只是通过一个叫做尼莫连接的新基础设施传输。它是一个“互连器”，连接英国和比利时的电网，就像电子通道。它最显著的特征被埋没在人们的视线之外:一对铜电缆，每根电缆都有2升汽水瓶那么粗，从里奇伯勒横跨英吉利海峡，延伸87英里，到达比利时布鲁日市附近的泽布鲁日港口。
尼莫(Nemo)为两国提供可再生和可靠的能源——这两个词通常不会连在一起。我们期望我们的电力供应坚如磐石，但风能和太阳能就像微风和太阳一样断断续续。有了这种高压连接，当英国电力短缺时，比利时可以输送;反之亦然。
其目标是让Nemo的运营成为两国电网结构的一部分，允许电力在60分钟内按需双向流动。这其中有经济上的原因:英国国家电网(National Grid)和比利时埃利亚(Elia)这两家公用事业公司都可以通过出售多余电量来省钱(并赚钱)。这其中有技术上的原因:在需求激增或停电的情况下，两国可以迅速分享权力。但最重要的是环境方面的原因:可再生能源的消耗必须与发电量相等，因为我们还没有电网规模的电池。时间是固定的。但多亏了像Nemo这样的连接器，太空现在变得灵活了。
尼莫(Nemo)是一项宏大战略的一部分:这是一场建设互联网络的热潮中第一个完工的路段，具有讽刺意味的是，正是在这个岛国政治上逐渐疏远之际，这一热潮将英国的基础设施拉近了与欧洲的距离。到2023年，英国的电网将与法国、荷兰、比利时、挪威和丹麦的电网连接，跨越两条现有的和四条新建的电网。它们都为欧洲的脱碳目标服务。2016年，欧盟17%的电力消耗来自可再生能源。到2030年，欧盟希望这一比例达到32%，并在2050年达到气候中和，这意味着无论剩下多少排放，都将通过从大气中去除等量的碳来抵消。最近的研究表明，要实现这一目标，欧盟国家之间的互联能力需要扩大400%到900%。建设热潮才刚刚开始。
总有一天，美国将不得不解决同样的问题。尽管风能和太阳能发电正在快速增长，在过去的一年里增长到了10%，但我们的发电厂仍然在排放大量的碳。但它们服务于局部的、地区性的需求。这种情况在未来十年可能会改变。特别是，东海岸海上风力发电项目的增加可能会迫使我们重新考虑我们的网络，并将尼莫(Nemo)这样的互联网络引入美国海岸。
我们透过厚厚的安全玻璃往外看时，斯科特·威廉姆斯(Scott Williams)说。在一个灰色的冬日，他穿着霓虹灯绿色的安全夹克。我们看到的是一个有溜冰场那么大的大厅，里面有四层楼那么高的设备塔。每座迷你高楼都被一圈管子环绕着，让整个建筑看起来就像婴儿巨人的攀爬架。
这个装置是一个换流站，在这里，英国的交流电(AC)可以沿着电线向两个方向流动，转换成直流电(DC)，直流电单向流动，对远距离传输更有效;在比利时的一个类似的车站，它被切换回交流电。尼莫的设置有一个重要的好处:使用直流传输，意味着两个国家的交流网络不需要彼此同步工作。在过去的一年里，威廉姆斯为德国工业集团西门子(Siemens)管理了整个运营的建设和调试。西门子设计了设施，并制造了内部设备。
正如威廉姆斯所说，魔术是一种大规模实施的常规过程。一个草莓大小的iPhone充电器可以将墙上插座的交流电源转换成5瓦的直流电源。尼莫将1000兆瓦的电力从交流电转换为直流电。这一壮举需要2304个西门子模块，每个模块大约有高尔夫球袋大小。它们被安装成“六块腹肌”，堆叠成像攀爬架一样的塔。它们周围的管道回路泵送冷冻脱盐水，以消除交流和直流转换过程中产生的热量。两名技术人员在附近的控制室操作整个系统，但一旦解决了问题，系统也可以远程运行。
最近，每周都有里程碑式的进展:转换器的初始电荷，第一次通过它的电力，然后是1000兆瓦的测试，威廉姆斯用控制器屏幕的快照来标记，就像婴儿照片一样展示它。打开这台机器——用技术术语来说，是高压直流线路——是一个重大时刻。但是“一旦你连续做了三天，他们甚至就不会再注意了，”威廉姆斯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一家由英国国家电网(National Grid)和埃利亚(Elia)共同拥有的合资企业。
只有当Williams带领我们进入一个相邻的大厅时，能量的全部力量很快就会流过整个建筑。一个街灯大小的手臂，被称为隔离器，作为转换模块和海底电缆之间的物理断路，时而升高，时而降低。这是一项安全功能，可以让技术人员在接触电源线之前，百分之百确定它的另一端已经断开。威廉姆斯说:“当你在比利时工作时，你肯定不希望有人打开开关。”这并不是对比利时人的批评，只是合并两个电力系统的固有风险。
在一间可以俯瞰伦敦特拉法加广场的会议室里，国家电网的奈杰尔·威廉姆斯解释说，他在这家英国公用事业公司以前的工作是仔细调整现有的国内电力供应，以满足需求——像指挥管弦乐队一样指挥不同类型能源的生产。但是，在他的新角色——管理北海连接挪威的连接线路的建设时，他正在考虑如何在几十年而不是几分钟内准备好国家的能源基础设施。
威廉姆斯说:“我认为，每个人都开始意识到，把自己的国家当成一个独立的领地来管理是一件疯狂的事情。”他穿着格子衬衫、牛仔裤和结实的靴子，掩盖了华丽的公司会议室。他的手机在桌子上震动着从挪威打来的电话，他前一天晚上刚从那里回来，这是他又一次去引导他的公用事业公司的下一个大型互连器的存在。
“如果你擅长生产某种东西，就需要出口，这是有道理的，”他说。特别是，英国在风力发电方面做得越来越好。仅仅在过去的十年里，它在北海的涡轮机的发电能力从几乎为零增长到了80亿瓦。在刚刚过去的11月的某一天，狂风大作，英国产生的风能足以为全国三分之一的地区提供电力——这一事件登上了新闻头条。随着今年尼莫(Nemo)的上映，剩余的资金将流向比利时。但是平静的日子呢?
为了保持电力供应，为电网供电的发电厂必须灵活且反应迅速。“供应和需求必须一秒一秒地满足，”威廉姆斯说。燃煤电厂是灵活的，它的发电涡轮机很容易根据需求加速或减速，但它们很脏。核能是清洁的，或者至少是低碳的，但是“你不能改变它”，威廉姆斯说，意思是根据需求的需要来增加或减少它的发电量。
互连器提供了一个新的选择菜单，比如从比利时进口额外的核能，从挪威进口水力发电，或者从丹麦进口风力发电。它们将电力从产生的地方输送到需要的地方。它们允许公用事业公司订购额外的电力，或在可再生能源产量高时卸载多余的电力——无论是季节性的，比如挪威的雪正在融化，还是每天的，当北海风暴吹过。或者，正如威廉姆斯所说，“内部连接器允许电以与你的可乐罐完全相同的方式进行交易和处理。”
但仅靠这些连接并不能解决电网转向可再生能源的挑战。它们只是权宜之计，为相关国家争取时间，让它们建造更多自己的涡轮机并开发新技术。挪威Rystad Energy分析师伊本Fürst Frimann-Dahl跟踪全球可再生能源市场。她说:“目前，我们依赖备用能源，尤其是在各国逐步淘汰煤炭和核能的情况下。”今天，这意味着发电厂的设计是为了快速增加产量以满足高峰需求——但由于经常依赖煤炭或天然气，这些“高峰电厂”与低碳目标背道而驰。在未来，它将意味着存储。“当我们开发这些电池时，可再生能源的大部分问题将会消失，”Frimann-Dahl说。在那之前，互连器不仅是电网之间的桥梁，也是通向完全可再生的未来的桥梁。
1961年，美国总统约翰·f·肯尼迪(John F. Kennedy)委托进行了一项名为“太平洋中转站”(Pacific Intertie)的大型基础设施项目，这是一项规模更大的公共工程中最重要的一颗明珠。在过去的三十年里，联邦政府在太平洋西北部的哥伦比亚河流域修建了一系列水力发电厂。它们加起来能产生290亿瓦的电力，占美国目前水力发电总量的44%。太平洋间铁线从俄勒冈州和华盛顿州边界的哥伦比亚河边缘到绵延800多英里外的洛杉矶大都会区边缘提供高压直流连接。
Intertie铁路于1970年完工，但此后美国再也没有建造过这样规模的铁路。“作为一个国家，我们并没有处于国家建设模式，”哈佛大学肯尼迪学院博士后杰西·詹金斯(Jesse Jenkins)说，他研究的是电网的工程和经济学。“我们不做长距离的、大规模的、全国性的基础设施项目。”
詹金斯和他的同事最近发表了对40项来自世界各地的“深度去碳化”研究的分析，部分是为了回答这个问题:如果我们这样做了，我们应该建造什么?深度去碳化的定义是为了发电而减少80%到100%的排放。他们发现，这些策略需要将能源生产和储存、减少消耗和增加传输结合起来。引人注目的是，美国在这三方面都没有连贯的计划。
但已经取得了进展。风能和太阳能发电的技术已经成熟，成本与化石燃料发电具有竞争力，但存储仍然是最大的症结。当没有风或没有太阳的时候，电网要想在不可避免的波谷中生存下来，缓解电网的即时供需需要很长一段时间，但这项技术目前还不存在。尽管埃隆·马斯克(Elon Musk)的房屋大小电池大肆宣传，但业内每个人都认识到，目前的存储选择有多么有限。
欧洲对风能储存问题的临时解决方案是互连器，它能有效地让一个国家利用另一个国家的风能。改善美国电网的需求也同样重要。詹金斯说:“我们的传输系统越大、越强大，我们就越能在全国范围内传播天气模式的变化。”根据美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)的一项研究，要实现美国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提高56%至105%。我们需要一个和旧的一样大的新网格。一个悬而未决的政治问题是，这样一个数十亿美元的项目最终是否会比充满碳的大气带来的灾难性后果节省更多的资金。
然而，即使没有改造电网，可再生能源在美国的使用速度也非常快，在过去十年中，风能和太阳能的产量从不足5%增加到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，只能想出一种方法来适应它的间歇性。
2016年，五座涡轮机从布洛克岛(Block Island)外的蓝色大西洋水域升起，它们的600英尺(约合1.32米)高的桅杆由四脚钢基座支撑，涂成亮黄色，闪烁着航标灯。他们只是第一批，之后还会有更多。去年，马萨诸塞州授予了一项海上风力发电的主要合同，允许建造84个涡轮机，发电量为800兆瓦。
这个项目被称为葡萄园风(Vineyard Wind)，是东海岸大规模扩建的发令枪，其中一些项目由经验丰富的欧洲风电运营商管理(或在某些情况下提供资金)。根据花旗集团(Citi)的一项分析，未来10年，美国东海岸可能会建设2000台涡轮机，海上发电能力达220亿瓦。
这是一个惊人的数字。丹麦于1991年安装了世界上第一个海上风力发电场，但随后花了近30年的时间，全球海上风力发电场总容量在2017年达到了188千兆瓦。
向更广泛的美国电网注入220亿瓦电力(间歇性的电力)将是一个挑战。Anbaric Development Partners的首席执行官爱德华·克拉佩尔斯(Edward Krapels)设计并建造了像Nemo这样的大型电力传输系统，目前正打算为东海岸蓬勃发展的风力场建造一个海上电网。就目前正在讨论的发展规模而言，它必须是稳健的——容量要远远大于国家电网的新互连器。但原则是一样的:权力必须掌握在人民手中。不久，美国将需要像Nemo这样的基础设施，将所有风力驱动的能源输送到高压输电线路中，并高效灵活地将其送到岸上。技术已经成熟。现在我们只需要意志。
这篇文章最初发表在2019年夏季《大众科学》杂志上。
