NASA公布的地球夜晚燈光照片。圖片來源：NASA

你有沒有想過這樣一個(gè)瘋狂的場景：如果地球上所有人在同一時(shí)刻，打開家里的電燈開關(guān)，地球會(huì)變得像一個(gè)亮到發(fā)白的“燈泡”嗎？亦或是電網(wǎng)被瞬間壓垮，讓世界陷入黑暗？

這個(gè)看似簡單的動(dòng)作，其實(shí)會(huì)對(duì)我們的電力系統(tǒng)發(fā)起一場史無前例的“壓力測試”。雖然結(jié)果可能不像好萊塢災(zāi)難片那樣夸張，但確實(shí)會(huì)發(fā)生一些非常有趣（也有點(diǎn)糟糕）的事情。

電網(wǎng)的挑戰(zhàn)

在解答這個(gè)假設(shè)的場景之前，首先，我們要了解電網(wǎng)的一個(gè)核心機(jī)制：電是必須“即產(chǎn)即用”的。

發(fā)電廠并不是把電存進(jìn)一個(gè)大罐子里等你來取，而是像走平衡木一樣，時(shí)刻保持“供”與“求”的完美平衡。當(dāng)你打開一盞燈，電網(wǎng)立刻就會(huì)感知到需求，發(fā)電廠就必須立刻多發(fā)一點(diǎn)電。

實(shí)際上，日常生活中總電力需求（也稱為負(fù)荷）會(huì)隨時(shí)間和季節(jié)變化而發(fā)生顯著變化。比如深夜的用電量通常就比白天要低很多，而在炎熱的夏季，用電量則通常比涼爽的秋季要少。

為了保持電網(wǎng)穩(wěn)定，電力運(yùn)營商會(huì)利用傳感器和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)來追蹤電力需求，以便根據(jù)需要調(diào)整發(fā)電量。

電力系統(tǒng)（發(fā)電系統(tǒng)（紅色），輸電系統(tǒng)（藍(lán)色），配電系統(tǒng)（綠色）。圖片來源：維基百科

用電激增電廠如何應(yīng)對(duì)

如果全世界同時(shí)開燈，電網(wǎng)瞬間會(huì)面臨巨大的需求激增。假如發(fā)電廠不能在幾秒鐘內(nèi)補(bǔ)上這個(gè)缺口，平衡被打破，電網(wǎng)就會(huì)崩潰，導(dǎo)致大規(guī)模停電。但對(duì)于不同類型的發(fā)電廠，他們應(yīng)對(duì)需求變化的方式截然不同。

煤電和核電電廠幾乎隨時(shí)都能提供大量電力，但對(duì)負(fù)荷變化的響應(yīng)遲鈍。此外一旦因故障停機(jī)，需要數(shù)小時(shí)才能重啟，難以應(yīng)對(duì)突然的負(fù)荷變化。天然氣發(fā)電廠反應(yīng)最快，通常是應(yīng)對(duì)用電高峰的主力，能迅速加大馬力發(fā)電。

再看太陽能、風(fēng)能和水力發(fā)電等可再生能源，它們雖然清潔，但不可控，完全靠天吃飯。哪天風(fēng)大不大、陰天晴天，完全不由人類決定。

太陽能光伏發(fā)電。圖片來源：維基百科

電網(wǎng)中的“充電寶”

當(dāng)上述發(fā)電廠都招架不住突如其來的需求時(shí)，誰來救急？這就輪到儲(chǔ)能設(shè)施登場了。

打個(gè)比方，儲(chǔ)能設(shè)施就像是電網(wǎng)的大型充電寶。它在平時(shí)電量富余時(shí)把能存起來，等到急需時(shí)再取出來用，這是目前最高效的解決方案。儲(chǔ)能界的“兵器譜”很豐富，包括飛輪、壓縮空氣、電化學(xué)電池和超級(jí)電容器等，但目前世界上裝機(jī)容量最大、最成熟的“帶頭大哥”是抽水蓄能電站。

國網(wǎng)新源安徽響水澗抽水蓄能電站的下水庫。圖片來源：新華社

抽水蓄能電站的工作原理非常巧妙：在半夜大家都在睡覺、用電很少時(shí)，它利用多余的電能把水從低處的水庫抽到高處存起來；等到大家同時(shí)開燈、用電量激增時(shí)，再把高處的水放下來推動(dòng)渦輪發(fā)電。這樣一來，它就像一個(gè)巨大的水力電池，在發(fā)電廠無法滿足需求時(shí)挺身而出，分擔(dān)壓力，防止系統(tǒng)崩潰。

會(huì)觸發(fā)全球大停電嗎

幸運(yùn)的是，即使地球上所有人同時(shí)打開燈，全球電力系統(tǒng)徹底癱瘓的可能性極低。這主要?dú)w功于兩個(gè)原因。

首先，世界上并不存在一個(gè)統(tǒng)一的“全球電網(wǎng)”。大多數(shù)國家或地區(qū)都有獨(dú)立運(yùn)行的電力系統(tǒng)，它們雖然可能互相聯(lián)網(wǎng)以便在需要時(shí)互相支援，但一旦出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，可以快速斷開，避免形成連鎖反應(yīng)。

不同用途的LED燈。圖片來源：維基百科

此外，如今全球大量家庭已經(jīng)改用功率更低的LED燈泡。相比傳統(tǒng)燈泡，LED耗電極少，卻能產(chǎn)生更亮的光。美國能源部的統(tǒng)計(jì)顯示，使用LED照明一個(gè)普通家庭每年平均可節(jié)省約225美元電費(fèi)。到2020年，美國已經(jīng)有接近一半的家庭主要依賴LED照明。

因此，就算全世界的人同時(shí)把燈打開，電網(wǎng)也許會(huì)受到短暫沖擊，但并不會(huì)因此全面崩潰。

真正的后果：消失的星空

既然電網(wǎng)大概率能扛得住，那是不是就沒問題了？不，我們還是會(huì)面臨一個(gè)明顯的后果——嚴(yán)重的光污染。

當(dāng)城市燈光從建筑物表面、地面或空氣中的塵埃反射，就會(huì)在空中形成明亮的光暈，這種現(xiàn)象被稱為天空輝光。天空輝光會(huì)讓夜空變得模糊發(fā)亮，使星星難以看見，還會(huì)讓夜晚看起來像永遠(yuǎn)處在微亮狀態(tài)。

嚴(yán)重的光污染掩蓋了城市上空的星光。圖片來源：維基百科

光污染對(duì)生態(tài)和健康也會(huì)帶來連鎖影響。夜間過強(qiáng)的燈光會(huì)干擾人體的晝夜節(jié)律，使睡眠質(zhì)量下降；城市燈光會(huì)讓候鳥迷失方向、增加撞擊建筑的風(fēng)險(xiǎn)；許多昆蟲會(huì)被吸引到光源附近，打亂正常的生態(tài)活動(dòng)；海龜幼崽在孵化后會(huì)誤把城市的燈光當(dāng)作晨曦，迷失回到大海的方向。

總而言之，如果全世界同時(shí)開燈，雖然我們大概率不會(huì)遭遇全球大停電，電力需求也只會(huì)由于LED的普及而出現(xiàn)“溫和的增長”，但我們將不得不面對(duì)一個(gè)灰蒙蒙的、沒有星星的夜晚。

撰稿/劉允

參考資料：
[1]. the Conversation → If everyone in the world turned on the lights at the same time, what would happen?
[2]. 科普中國 → 發(fā)的電用不完的，能儲(chǔ)存起來嗎？