自第二次工业革命以后,人类便步入了电气时代,电的发现与运用无疑进一步加快了人类社会的发展进程。
如今,人们对电这种能源的需求越来越大,有需求就会有市场,为了能够持续稳定地向用户输送电流,国家电网日以继夜地通过各种方式不间断发电。
而电这种能源与煤炭、天然气等自然资源不同,它不具备大规模存储性,那么根据能量守恒定律,中国电网每天持续性发那么多电,那些用不完的电最终都流向了哪里呢?
电力系统完美的自我调节通常来讲我们对电的本质有一个认知共识,那就是电是实物的一种天生属性、是能量的一种表达形式、是微观物质(电离子)运动状态的改变。
就像风一样,在空气不流动时,风就不会产生,当电离子不动时,电也就不会产生。
在初步知晓了电的本质以后,我们再来了解发电机的原理。和磁铁一样,电也分正负极,而发电机正是通过导线在磁场中切割磁力线,从而产生感应电动势从而达到发电的目的。
但是值得注意的是,在切割磁场的过程中,我们只能用“右手定则”来判断电动势的方向,并且这个过程不会产生电流。
也就是说,发电机其实一直都处于发电的过程中,但是由于导线两端没有形成完整的闭合回路,所以不管怎么切割磁场都不会产生实际电流。
只有当导线的两端与电器连接时,闭合回路形成,感应电动势才会通过回路进行有效的电离子运动从而产生电流。
同样的,电网就相当于一个巨型发电机,不论在什么时候,电网内部其实一直都有感应电动势的,但是没有电流产生,一旦我们有用电需求时,一个完整的闭合路形成,电流也就输送过来了。
换句话讲,电网并不是24小时不间断且无差别地进行发电,而是根据用户需求,我们有需要时才发电,没需求时,不发电。
所以,电网中其实根本没有多余的电,更不存在用不完的电这种说法,因为电网中的电力系统本身就有着完美的自我调节功能。
发电以及输电过程发电的模式多种多样,除了我们平时接触最多的汽油发电机以外,电网更多采用的是水力发电、火力发电以及风力发电。
不管是哪一种发电方式,其原理都是通过不同的势能来源,带动内部轮机转动从而产生电流的方式。
以水力发电为例,当我们在一个地方修筑堤坝时,一边水位高,一边水位低,由于水的流动性,堤坝建成以后,大量的水将从高处流向低处,这个过程中就产生了动力。
在堤坝底部有一个引水管道,在管道中设置有一个发电机组,当水流经过时,就会带动发电机组转动,由此产生电流。
水力发电机中的输出电流起码都是几千伏的高压电,像这样的高压电当然我们是无法直接使用的,所以在得到了大量的电力以后,发电站第二步要进行的,就是对高压电进行变电处理,将原本几千伏的电通过初级次级匝数改变实现升压,以此来达到降低电流的目的。
电流达到标准以后就要准备进行输电了,一座发电站的供电范围小则几十公里,多则数千公里,越远电流在输送的过程中就面临越大的损耗。
所以在输送的过程中,电网必须对电流进行升压处理,从而达到降低线损的目的,在达到输电目的地以后,原本的高压电还需要经过二次变电,降压成为常规的三相电或者单相电供用户们使用。
尽管电网的作用是集发电变电输电为一体的综合性电流网络中心,但它也会出现停电的时候,很多人以为,如果电网停电的话,那么该电网负责的供电区域也会立刻受到影响而断电,但其实并不一定是这样。
首先,电网停电的位置决定了供电区域的停电与否。如果断电位置在输电过程的最后一个变压器位置,那么供电区是肯定会立即停电的。
但是如果断电位置在最后一个变压器前的任何一个位置,其输电线路中残留的电流还能够负担起短时间的供电需求。而电网也能够借助这段时间进行UPS电池组的切换。
如何实现电能储存虽然电是一种类似于风的能量形式,但是电还可以往下细分为交流电以及直流电。不难发现,其实我们生活中就有很多储电工具,例如铅酸电池、锂电池、液流电池等等。
它们都能够实现电能的储存,只不过在绝大多数时候,电池所储存的都是直流电,并且电量并不大。
如果用这种储电模式,去尝试储存起电网中的电,我们暂且抛开成本不谈,不管是电池的能量密度还是电流转换的的效率来讲,要把平时发的电储存起来以备不时之需的话都是很鸡肋的。
那么如果解决了储电效率问题,成本上来讲的话,储电是否划算呢?或者说有没有成本更加低廉的储电模式?
还真有,目前比较常规的储电方式是蓄能水电站。
严格意义上来讲,蓄能水电站并不是“储电”,而是在电量充足且有盈余时,将水抽到高处储存起来。然后在用电高峰期或者电压不稳定时,开闸放水进行水力发电,补充电网。
结语电在自然界中一直存在,在远古时期,人们就知道天上的雷电富含着巨大的能量,它可以造成山火,可以击杀生灵,在电的指引下,人类逐渐掌握了“火”。
但是对于电这种能源,一直到富兰克林在雷雨天放飞了那只著名的风筝以后才有了革命性的进步。第二次工业革命是伟大的,电的发现给人类带去了清洁能源的希望,也从此点亮了人类的世界。
中国错过了第二次工业革命,与世界其他的发达国家相比,中国电网起步较晚,但是随着中国经济的发展以及科技的进步,短短十多年间,中国一跃成为了拥有世界上最强大、最完善电力系统的国家。
目前我们在电力领域要征服的早已不是储存发电站中的电,而是想办法将天上的电为人类所用。
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