微波实现兆瓦级能量传输

背景

1914年，美国内政部通过垦务局（Bureau of Reclamation）开始调查哥伦比亚河（Columbia River）的开发潜力。数千英亩干旱但潜在肥沃的土地只需要水就能成为西北部的"帝国谷"。山脉中蕴藏着有价值的矿石，等待电力将其转化为所需金属。两年后，俄勒冈州工程师呼吁将邦纳维尔（Bonneville）坝址开发为国防措施：他在拟议的电力项目中看到了和平时期的肥料来源和战争时期的硝酸盐来源。该大坝还将完全淹没卡斯喀特急流（Cascade Rapids），并将静水航行向东延伸约40英里至达尔斯（The Dalles）。

1925年的《河流与港口法案》指示战争部长通过美国陆军工兵团（Corps of Engineers）对所有可通航河流及其支流进行勘测、检查和调查的成本估算，只要这些河流的电力开发看似可行。

要简洁解释为什么美国陆军在其历史上花费大量时间参与大坝建设并不容易。这部分是历史的偶然，部分是联邦机构间政治的结果，完全是美国文化的产物。马克·赖斯纳（Marc Reisner）在《凯迪拉克沙漠》一书中将美国西部水控制项目的历史视为一个宗教项目，其动力更多来自一种信念——西部河流的统治是命运——而不是实际需求。

内政部下属的垦务局正是为此而成立。然而，当时陆军已经用于勘测和改善河流近100年，他们不愿放弃。结果是一场竞争，双方多次试探和交锋，最终才确定了各自的现代控制领域。对垦务局来说，胡佛水坝（Hoover Dam）是他们的标志性项目。对工兵团来说，载入史册的战斗是哥伦比亚河项目。

筑坝哥伦比亚河的动机多种多样：哥伦比亚河易发洪水，造成破坏并限制了沿岸土地的使用；沿河有大量土地可以通过引水灌溉进行耕作；电力也是一个原因，虽然最初是次要的；但或许最大的原因只是经济——当哥伦比亚河项目的主要部分真正启动时，美国正深陷大萧条。

富兰克林·D·罗斯福总统已经是水电的粉丝。作为纽约州长，他接触了开创性的尼亚加拉瀑布发电厂，并推动了该州其他类似项目。作为总统，他的"新政"自然也将水电纳入其中。到1934年，他成立了一个区域规划委员会，沿哥伦比亚河规划了一系列大坝，其中两座将成为大古力坝（Grand Coulee）和邦纳维尔坝（Bonneville）。这些大坝将产生大量电力，与工兵团此前类似项目不同，这些电力不会全部用于灌溉抽水，还有富余。为了分配这些电力，区域规划委员会建议成立一个独立的政府机构，仿照巴拿马运河或新近特许成立的田纳西河流域管理局（Tennessee Valley Authority, TVA）的模式。

作为临时措施，定义松散的邦纳维尔项目协调了工兵团项目的民用方面，直到1938年邦纳维尔坝完工、大古力坝也完成大半。邦纳维尔坝在其水库中蓄水量很少，因此虽然有防洪价值，但发电是其首要目的。该坝的两个发电厂总容量达1.2吉瓦，这在1930年代是一个令人印象深刻的数字，但与后来（1970年代）大古力坝近7吉瓦的满负荷容量相比则相形见绌。哥伦比亚河大坝将太平洋西北地区的电力容量提高了几个数量级；即使在全国范围内，这些数字也意义重大。

核心内容

电力的突然富余引发了一场可预见的争论：政府电力该如何处理？一派主张公共控制，由政府以某种公平基础销售电力；另一派主张私人控制，认为大坝的全部产出应完全承包给像波特兰通用电气（Portland General Electric）这样的私营公用事业公司。在新政的政治气候下，前一派获胜：哥伦比亚河虽然没能得到一个完整的田纳西河流域管理局，但国会特许成立了邦纳维尔电力管理局（Bonneville Power Administration, BPA），这是后来被称为电力营销机构（Power Marketing Agencies）中的第一个。在随后的几十年里，BPA成为能源部（Department of Energy, DoE）的一部分——这很不寻常，因为能源部中真正发电和销售电的部分很少。严格来说，工兵团负责发电，BPA负责营销和分配。

无论如何，从1930年代末开始，BPA的任务是建设一个能够将哥伦比亚河大坝的电力分配到整个地区的网络——以公平、统一费率（通常称为"邮资费率"，postage stamp rate）为基础，允许农村合作社以与大城市的私营公用事业公司相同的价格购买政府发电。哥伦比亚河沿岸突然涌现的电力以及以公平价格大量获取电力的能力，引发了该地区的工业革命：它成为美国铝工业的中心（直到1970年代，哥伦比亚峡谷生产了全国约三分之一的铝），并推动了几百个相关产业（尤其是航空航天业，波音公司更是其中翘楚）。BPA的电力至今仍有持久影响，峡谷地区的许多城镇（如达尔斯、博德曼、尤马蒂拉）在全国数据中心地图上占据着不成比例的突出位置。例如，AWS的us-west-2区域就是哥伦比亚河大坝的受益者，且靠近多个大坝——不仅有邦纳维尔坝，还有达尔斯坝（1.8 GW）、约翰迪坝（2.2 GW）、麦克纳里坝（1.1 GW）等。

在推销这些电力时，BPA面临一个挑战：大坝分布在一个广阔的区域，客户也是如此。工业客户（例如1940年在华盛顿州温哥华投产的Alcoa冶炼厂）正在农村地区开设工厂，那里土地充足，而哥伦比亚河项目的一个明确目标就是将电力延伸到农民和其他农村工业。远距离电力传输的概念最早由1889年的一条输电线路实现——这是美国第一条，连接俄勒冈城的威拉米特瀑布和波特兰市中心。从1938年开始，BPA的任务是将这一概念扩展到最终覆盖八个州的区域。

主电网（Master Grid）

BPA的首任行政长官J·D·罗斯提出了一个他称之为BPA主电网的计划。这个环形网络由230 kV的远距离输电线路组成，不仅将大坝连接到波特兰和西雅图，还连接到帕斯科、亚基马、斯波坎、埃伦斯堡、威拉米特河谷（延伸至加州）以及俄勒冈海岸。到1945年，主电网已覆盖3000英里的输电线路。这是美国第一个整合的区域电网，并开创了基于市场的电价分配、独立系统运营商（ISO）、以及构成现代美国电力基础设施的电力池和转供协议。可以说，整个西部互联电网（Western Interconnection）——服务于落基山脉以西的美国和加拿大的统一电力系统——都是从邦纳维尔坝开关站这个种子结晶出来的。

关键要点

• 历史根源与机构竞争：美国陆军参与大坝建设是历史惯性（自19世纪初就开始河流勘测）与联邦政治博弈的结果。垦务局与工兵团之间的竞争塑造了西部水资源的控制格局。
• 哥伦比亚河项目的多重驱动：防洪、灌溉、发电、大萧条时期的经济刺激——最终使大坝建设成为罗斯福新政的核心举措之一。
• BPA的成立与定位：作为第一个电力营销机构，BPA负责以统一费率（邮资费率）公平分配政府电力，打破了城乡电价歧视，促进了农村电气化和工业化。
• 主电网（Master Grid）的创新意义：230 kV环形网络是美国首个区域整合电网，为后来的市场定价、独立系统运营商和西部互联电网奠定了基础。
• 长期的产业影响：廉价、充足的电力使哥伦比亚峡谷成为铝工业中心（占全国三分之一的铝产量），并间接推动了航空航天（波音）等产业的发展。现代数据中心（如AWS）的选址也受益于这些大坝的电力。

意义与影响

哥伦比亚河大坝及其配套的BPA电网不仅仅是工程技术成就。它们代表了美国联邦政府在资源分配、区域经济发展和公共服务方面的独特实验。通过"邮资费率"模式，农村与城市获得了同等电费，这极大地促进了太平洋西北地区的经济平等和工业化进程。BPA开创的电力营销和电网运营模式——包括电力池、转供和市场定价——成为现代美国电力基础设施的模板，尤其是西部互联电网的雏形。

从更广的视角看，这一项目体现了美国文化中"征服自然即命运"的观念，正如《凯迪拉克沙漠》所分析的，水电开发几乎成为一种宗教使命。然而，其实际经济影响持续至今：哥伦比亚河上的大坝群（大古力