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根据能量守恒:中国电网每天发那么多电,用不完的电到哪去了?

 东西二王 2023-01-09 发布于重庆

原创2021-11-21 08:15·你好科普菌

中国人口基数大,相应地消耗的电量也较多,像刚刚过去的10月份全社会用电量就达到了6603亿千瓦时,同比增长6.1%,而在今年的1月到10月,社会总用电量就达到了68254亿千瓦时,同比增长12.2%。

电网

但不知道大家有没有想过一个问题,为了保证庞大的电力需求,中国电网每天都需要发大量的电,可是根据能量守恒,用不完的电到哪里去了呢,难道被浪费了吗?

电力系统的自我调节

很多人在上学期间做过一个简单的物理实验,用微型发电机连接电路带动小灯泡发亮,当电机转的频率升高时,灯泡会非常明亮;但如果电机转的频率较低,灯泡的亮度也会下降。这一点和电力系统的自我调节非常相似,因为电力具有无法储存的瞬时特性,所以发电和用电复合要保持相对平衡,这样就需要电力系统的调控。

灯泡实验

至于调控形式主要分为两方面,一是当用电量下降的时候,发电机多余的能量会让发动机的转速增加,这样能量就转化成了机械能,但在同时可能导致线路上的电器超负荷工作,因此还需要另一种可控的调控方式保证电路的正常运行。

发电厂

而这就需要各大电厂之间的互相配合,并且要有强大的计算和统计能力,比如说首先要知道某一地区的用户在特定时段的用电量的大致情况,假设用电量是1000千瓦,电网会安排固定输出的发动机组负责900千瓦的输出,同时还有200千瓦的调频机组进行配合,保证能满足该地区用户的用电量所需,同时还有一定的调整空间。

电能转换为机械能

当然根据发电形式的不同,电厂调频机组的能力也会有一定的区别,比如水电厂的调整空间会更大一些,因为水电厂主要是通过进水阀门的开关问题就能控制发电量;但火电厂这种传统的发电厂调整空间就稍微小一些,因为火电使用的蒸汽需要由锅炉烧出来。

多余的电到哪里去了?

虽然电网有调节能力,但还是难免会产生一些多余的电力,这些电力的使用就要根据具体情况来分析。比如应该有人注意过,峰时用电和谷时用电的电量价格是不一样的,这是因为谷时(也就是晚间)用电量更小,所以电网特地调低了此时的电价,目的就是为了提升大家此时的用电量。

电价差别

此外,我国电力资源分配存在着西多东少的状况,所以国家也一直在大力推进西电东送工程,把电能从资源丰富的西部地区运输到东部,这也在一定程度上减少了电能的浪费。

除了这些情况之外,电网也会直接储存用不完的电。不过我们在上文中也提到了,电力具有无法储存的瞬时特性,因此虽然说是储存用不完的电,但更准确的说法是将多余的电力转化为机械能或者电化学能等其他能量然后将其储存起来。

西电东送

比如抽水蓄能就是很常见的方式之一,这种做法主要是在用电谷时用发动机抽水,等到用电高峰期放水发电,将水落下的重力势能重新转化为电能,虽然这种方法存在损耗,但总要比直接将多余的电量浪费更为节约。所以类似于地球停电一小时的活动,这种方式反而更加浪费电,因为省下的电大部分都在蓄电的过程消耗掉了。

抽水蓄能

说到这可能有人会想到电池蓄能,比如日常生活中使用的电动车、手机在各类产品中都有电池,虽然这些电池的种类不一,但共同特点是能够将电能转化成电化学能的方式存储起来。但是,电池存电有其局限性,因为这只能够用于储存直流电,不适合也无法存放交流电。而现代的电池储存的电量有限,价格也比较昂贵,无法大规模应用。

电网的不足与发展空间

就目前的情况来看,我国的传统发电方式仍然是煤炭发电也就是火电,此外,我国在水电、核能、太阳能发电等发电形式的发展也相对不错。但不管是用什么形式发电,发电站都必须要做到频率同步。同时,所有的大型发电站中都有一套计算机控制系统,能够随时调整输出容量与频率,这样就能把电能送到不同的地区。

频率同步

只是,有两点需要注意,一是虽然国家电网的工程师们一直在优化算法,希望能够找到电能的最优分配解,但这并不容易。尤其是当电网过在超过调配极限的时候,就可能发生局部电网崩溃的情况,进而导致区域性停电的发生。

二是我国在调节电能方面的发展还存在一定的不足之处,这方面的占比甚至不到6%,相比之下许多发达国家在灵活电源方面的占比要比我们高,很多比如西班牙就已经达到了34%。所以我们在这方面还有很大的进步空间。

电网调节

而且,尽管发电站都有一套专门的计算机控制系统来调配电能,但碍于当前技术的限制,这种手段还有一定的局限性,一般是在水力发电中的应用更加广泛,如果是风电或者是太阳能发电的话,目前我们还没有找到很好的调配手段,这也和风能以及太阳能的转化难度更高有关。

风电和太阳能发电

所以,电网发展需要我们更多的努力,因为虽然以现在的技术手段来说,还无法大规模普及电力储能,但可以想象的是一旦这种技术能够广泛推广开来,就能够在极大程度上降低国家电网的运营成本以及供电压力,这对国家的总体发展也有着积极的促进作用。

电力调控中心

而且,我们可以畅想一下,若是将来可以突破更先进的储能技术,电动汽车等相关领域的发展也会因此迎来新的变革。这或许会让我们迎来新一轮的工业革命,令人类文明发展进入全新的领域。

结语

从各方面情况来看,国家电网虽不能保证发电量与用户的需求完全匹配,但发电总量不会与之相差太多,再加上有电力调配等手段,所以不会出现大规模的浪费情况。不过我们也要在生活中节约用电,为我国环保事业贡献一份力量。

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