为什么亨利·福特的理想电网没有成为现实？

从空中城市到机器人管家，未来主义的愿景充斥着 PopSci 的历史。在“我们到达了吗？”专栏中，我们检查了实现最雄心勃勃的承诺的进展情况。请在此处阅读本系列的更多内容。

早在全球变暖和海平面上升开始影响地球之前，科学家就知道碳排放会导致气候变化。许多人都敲响了警钟，其中包括工业家亨利·福特。在 1922 年 7 月为《大众科学》杂志撰写的一篇题为“电力将如何解放人类”的文章中，亨利·福特已经在为美国推广一种替代电力愿景。他倡导清洁能源并停止使用煤炭，引发了一场持续了一百多年的争论。他的一些关于电力的预测和建议并不完全正确，但他的愿景值得评估。

福特认为城市是机遇的中心，城市电力不应该来自煤炭。他写道：“煤炭几乎是最没有效率、最昂贵的燃料。”因此，福特提出了一种替代方案：由当地清洁能源或微电网供电的农业工业社区，这可能是工业时代最早的可持续生活呼吁之一。

福特作为一名作家留下的遗产是复杂的：最好的时候是水晶球，最坏的时候则是有毒的。除了几本书（包括几本关于他自己的成就和想法的书）之外，这位福特汽车公司的创始人还写了一些流传最广的反犹太主义长篇大论。他在 1927 年道歉，但那时已经造成了很大损害。不幸的是，1922 年，这位宣传家和《大众科学》试图介绍的工业未来学家是同一个人。

20 世纪 20 年代，当时只有不到一半的美国家庭通电，电力设施只是一堆小型、低效的配电系统，福特预感到集中式电网即将整合。“权力集中化导致了工业集中化。但这种集中化不可能无限扩大，”福特写道。相反，他设想美国将充满农业工业社区，这些社区“像串珠一样”散布在河流流域沿岸，电力来自水，食物来自周围的当地农场。

卡内基梅隆大学绿色设计学院联合主任 Paulina Jaramillo 指出：“福特所描述的，就是我们在上个世纪中叶开发的郊区，只不过这些郊区开发时靠近城市，而不是农场，并且具有巨大的负面外部性。”这也被称为无计划扩张——在森林和田野等空地上铺设路面并建造建筑物，并通过增加道路交通来增加碳排放。

尽管郊区的发展并没有像福特想象的那样成功（尽管如此，作为汽车制造商，他还是受益匪浅），但他的愿景在 1922 年并不新鲜。伦敦议会速记员、自称城市规划师的埃比尼泽·霍华德几十年来一直在推广类似的想法。在他的著作《未来的花园城市》 （1898 年）中，霍华德描述了规模有限、拥有充足开放空间和公园并可进行农业活动的城市。在美国，城市美化运动反映了霍华德的想法，在福特发表《大众科学》社论之前，该运动蓬勃发展了三十年。

福特的水电愿景也并非新鲜事物。早在 19 世纪 80 年代，美国就已开始建造小型水力发电站，为中西部的工厂提供电力。福特认识到，所有城市，无论大小，都需要电力才能繁荣发展。他指出：“电力是未来的关键。”他认为，本地生产的清洁电力比在中央发电厂燃烧煤炭并将电力输送到大片乡村更可取。

贾拉米洛同意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乐观。“这是一个工程奇迹，”她指出，称其“可能是 20 世纪最酷的工程项目之一”。这是因为它可以“在非常有限的存储量下即时匹配电力的需求和供应”。事实上，2000 年，美国国家工程院将美国电网列为 20 世纪最伟大的工程成就。然而，贾拉米洛承认，集中式电网面临着气候变化带来的巨大挑战，这将导致需求增加，同时影响供应和分配。她设想用可再生能源“并网微电网”来加强集中式电网，这些微电网既可以与集中式电网进行交易，也可以独立运行。

1922 年，福特不可能预测到美国最终需要多少电力。福特认为，“美国的河流提供的能量足以转动每个车轮、取暖每个房间、照亮美国的每一座建筑和街道。”以 2022 年的数据来看，他的预测偏差了约 10 倍。根据美国能源信息署的数据，美国河流或水力发电在 20 世纪 90 年代达到最大限度，目前发电量不到总发电量的 10%，尽管沿河岸有 1,400 多个水电站。相比之下，煤炭在美国的发电量仍比所有可再生能源的总发电量高，尽管只是略高（22% 对 20%）。根据非营利组织环境美国研究与政策中心和前沿集团 2021 年的一份报告，虽然水力发电量一直停滞不前，但风能、太阳能和地热能在美国发电量的占比从 2001 年的 0.5% 增长到二十年后的 12%，并有望在未来几年挑战煤炭的第二大发电地位（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 Johanna Mathieu 将 Ford 的愿景视为“拼图中的一块碎片”。与 Jaramillo 一样，她设想了互联互通、可再生能源供电的微电网，这些微电网可以从系统任何地方的能源生产中受益，但当系统出现问题时，可以隔离并独立运行。Mathieu 的工作以需求侧技术为中心，或者她所说的“电网边缘”。通过让家庭和电器了解其电网，它们可以相互合作以优化能源使用并“平衡供需之间的不匹配”。例如，她的团队正在德克萨斯州开展一个示范项目，该项目涉及 100 户家庭，使用带传感器的恒温器远程协调空调以保持电力需求平衡。“我们控制人们的空调，”她解释说，“在略微不同的时间打开和关闭它们，但要确保房屋仍在它们正常运行的现有温度范围内，所以没有人会注意到。”通过远程访问传感恒温器，协调何时打开和关闭它们以保持精确的温度，Mathieu 的解决方案可以节省足够的能源来代表一个虚拟发电厂。

这种能源密集型解决方案可称为减轻碳排放的“软路径”。物理学家艾莫里·洛文斯 (Amory Lovins) 在 1976 年为外交关系委员会撰写的具有里程碑意义的文章《能源战略：未选择的道路？》中表示，美国很快将不得不在两条对地球未来具有深远影响的能源路径之间做出选择。 “硬路径”将加倍努力，照常运营，使用“硬技术”供应能源——更多的燃煤电厂和大规模、资本密集型和对环境有害的解决方案。 “软路径”将专注于最大限度地提高单位能源在为家庭和企业供电方面的能力。 为了增加供应，软路径将过渡到“灵活、有弹性、可持续和良性”的能源和技术。

洛文斯直言不讳。他明确表示，如果选择这条艰难的道路，下个世纪初大气中二氧化碳浓度翻倍几乎是不可避免的，届时或此后不久，全球气候将发生重大变化，甚至可能是不可逆转的变化。

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无数报道表明，我们现在正在应对这些变化。自 1976 年那篇文章发表以来，美国一直走在洛文斯的艰难道路上，主要依靠集中式煤炭和天然气发电。气候变化迫使我们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，我们能否快速转型，实现福特一个世纪前设想的可持续发展？

马修认为，至少完全过渡到可再生能源的技术已经存在。她指出，监管、政策和法律障碍是最大的障碍之一。“但如果我们选择这样做，”她补充道，“我认为我们可以。”