在我们的印象当中,发电厂是24小时不间断工作的。因为无时无刻我们都需要使用电,即使是夜深人静的时候,我们的手机也是需要充电的,更不用说类似冰箱等24小时工作的电器。但是用电也是有分时段的,白天的耗电量必然比凌晨要多,那必然会出现电量供大于求的时候。那么问题来了,当电量供过于求时,会不会产生浪费?
电力的跨境输送勤俭节约是我们优良的传统美德,我们要杜绝一切浪费现象。因此,发电厂在用电低谷期生产的电量,就引起了人们的关心。其实,如果发电厂生产出了超过消耗量的电,这些多余的电是不会被浪费掉的。
关于这个问题,电气工程师其实早就想到了。我们从供电系统的角度去分析,首先,发电厂的发电频率是有严格的供应标准的,必须要根据消耗量来进行生产,不能生产过多的电。其次,发电机会连接不同的电路设备,形成一张巨大的电网,生产出来的电再通过这张大网分配出去,用多少送多少。所以是不存在不断供电给一个停止运作的电器这样的情况,避免电力的“滞销”。
河流也有湍急轻缓,电的消耗也一样。对于不同峰值的用电时段,冬夏季节需要开空调暖气,自然用电量会更多;白天对比起晚上,会有更多的电器运作;工作日比起节假日也会消耗更多的电。所以在用电高峰期,电厂就会加足马力,打开所有的发电机进行生产,以确保供电稳定,并把电量输送到广大用户的家中。这样一来,万一用电量减少,会不会就造成浪费了呢?
其实,全国各地城市的用电量不同,北上广深等大城市自然会消耗更多的电,一些相对偏远的地区则会因为用户较少而减少损耗。所以就出现了一些地方电量超负荷,而一些地方电量过剩的情况。对此,工程师们设计了一种“跨区输电”的方式。电力系统的工作人员会在备足本地需要的用电量之后,将多出来的电送往其他耗电超负荷的地方,以确保全国各地的用电平衡。
对此,我国还提出了伟大的“西电东送”工程,将西部生产过剩的电量,通过电缆输送到东部用电超负荷的地区,实现东西部的电力平衡。所以我们是不用担心多出来的电会浪费的,因为不同区域的生产和消耗不同,不同地区之间是可以通过强大的电网,相互供给电量。这样也可以更好地实现资源的合理配置。
电力的内部循环此时可能还会存在一个问题,如果有的发电厂精力十分充沛,在为其他地区输送完电力之后,依然存在过剩,那又有什么方案解决呢?
我们从电力的生产角度来看,电力的生产是需要遵循能量守恒定律的。电能是由水力、风力、光能等其他能源转换而来的。所以只要对其他能源的用量进行合理的把控,就可以合理地调配电力的生产。
正如前文所述,耗电量会在不同的时段有不同的峰值,有山峰也有山谷。虽然发电机是加足马力的生产电,但是工作人员是可以通过增减其他能源来控制电力的生产。
以火力发电为例,正常的发电流程就是一个不断的能量交换。首先把煤炭放到锅炉里烧,散发的热量可以使水变成水蒸气,水蒸气膨胀以后推动汽轮机旋转产生机械能,机械能转变为电能。
当需要更多的电量时,电厂会提高发电机的功率,使得发电机中的汽轮机进气量提高。然后添加更多的燃料,使得进入汽轮机的热量增加,热量增加过后锅炉的蒸发量也跟着提高,之后就会生产更多的电力了。如果要降低生产,就减少加入的燃料,如此类推。
所以只需要从源头控制能源的输入,就可以做到控制电力生产的增加和减少。在我国的多种发电方式里,使用最多的是火力发电,占比72%,水力发电占比18%,其他的核能发电、风力发电、太阳能发电、潮汐、地热、生物发电全部加起来不到10%
与此同时,发电厂的工作人员还可以通过改变发电厂工作频率来控制生产。在用电低谷时,就会将发电机的功率调低或者关停,只保持足够使电厂正常运转生产的功率,为高峰期的生产保持体力。就好像开车一样,遇到上坡就踩油门,遇到下坡就松开,自由调配用量。
除了控制发电机以外,发电端和用电端还有一个智能机关。当用电端的电器停止运作的时候,就会自动断开和发电端的联系,此时发电端收到信号后就会停止生产电。就像是我们中学时实验课上的闭合回路实验一样,需要电线连接电池两极,灯才会亮。所以当电器停止运作的时候,发电机是不会继续生产过多的电。
万一通过以上的调配方案之后,发电厂还是生产出了多余的电,发电厂也是有办法应对的。还是回到能量守恒定律,既然其他能源可以制作电能,那电能也是可以反过来制造其他能源的。所以当出现有多余的电量时,发电厂会将这部分电利用到制造其他的能源上。以水力发电为例,通常水力发电站都会有一个蓄水池,保证水能充足。当电量有剩余时,就会用电抽水,为蓄水池增加水量,从而保证水源充足,也为之后的水力发电准备好能源。
虽然在这个过程中会有少量的能源损耗,但总比白白浪费电能要好。如此进行能量的交换,也可以使得电力不被浪费,达到资源的有效利用。
电力的储备我们在出门在外的时候,经常会遇到手机没电的问题,最好的解决方法就是带上一个充电宝。充电宝其实是一个移动的电池,把电储存在电池里,随时供我们使用。那面对发电厂生产了多余的电,又是否可以通过储存的方法,把电留下来放到电池里,然后再有需要的时候再拿来用呢?理论上来说是可以的,但是现实中并不可行。
最主要的问题是目前世界上并没有那么大的电池,一个大型的火力发电厂,一天能够生产约720万度电。一度电等于5556毫安,而正常的充电宝也不过是以万毫安为单位,估计连发电站一天生产电量的零头也装不下。那么多的电估计不知道要用多少个充电宝才可以装满,所以用电池储存发电厂多余的电这个想法并不现实。
但据说在2017年,澳大利亚就想打造一个世界上最大的蓄电池。据悉世界知名企业特斯拉准备与澳大利亚政府达成了合作,打算帮助澳大利亚制作一块129兆瓦的电池,并将这块电池用于储存南澳大利亚的风力发电厂生产的电能。如果真的能够制作出来,这就是世界上最大的充电宝了。这块电池的电量预计可在电力紧缺的时候,满足当地3万户家庭的供电需求。如此一来,就能实现用电池储存电的想法了。
当然,这么大的电池必然需要不少的生产成本,对于广泛普及而言并不现实。但是储存电能这一个想法确实是有效可行的,不过还是要回归到能量守恒定律上。只要能源还没有被转化成电,就可以通过储存能源的方法储存电能。
例如前文提到的水力发电站,只要建设蓄水量足够大的水能发电站,其实就等同于拥有了一块等量的蓄电池。当需要用电的时候,就从蓄水池获取水能转化成电能,以达到电池储存电能的效果。
我国目前已经成功打造出了世界第一大蓄能水力发电站,该水电站储存的水可以转化360万千瓦的电量,超过了此前美国建设蓄能210万千瓦电量的前世界第一蓄能水电站。这款设备也用在了2022年中国举办的冬季奥运会,成功向全世界展示了中国的科研成果。
归根到底,无论是控制发电量还是合理的分配电力资源,其实都是在利用地球上的其他能源。浪费电也就等同于浪费其他资源,毕竟地球上的能源是有限的,所以最好的方法还是从自身出发,节约用电,爱护我们共同的家园。
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