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根據能量守恒:中國電網每天發那么多電,用不完的電到哪里去了?

2020-08-25  星辰大海...

大部分朋友家里都有峰谷電表,谷電的價格只有峰電的一半,當然這不是給大家福利,而是鼓勵使用谷電,從另一個意義上來說,谷電這個時間段里電是“多余”的,不用就浪費了!那么這些浪費的電去哪了呢?

這些多余的電去哪里了?

有人將用溪流來比喻電流,筑水壩可以將用不完的水累積起來,等沒水用的時再放水使用!所以整個電網中如果有用不完的電肯定就在哪個角落里堆積起來了,缺電的時候也能釋放出來,真是這樣嗎?

但其實電流卻完全不是這樣,電源中電子移動產生了電流,電流流過用電器時就開始做工,用電器可以是電動機,或者路燈,也可以是加熱的設備等等,但當這些設備一旦切斷,電路中的電子運動馬上就會停止,也就是電流消失,此時如果發電機還在轉動的話,它是處在空轉狀態的!

如果沒有自動調節設備的話,發電機可能會造成飛車,比如電壓與頻率完全失去控制,當然在現代發電機中這種狀態是不會存在的,此時空載的發電機僅僅從輸入的水力或者蒸汽能中消耗克服自身摩擦的能量!剩余水力或者蒸汽能將排入大自然或者進入回路循環經過冷卻回到鍋爐,蒸汽冷卻回路也會將熱能排入大自然。

與之相對的是用電>發電,但其實這種狀態也不存在,只是電流過大,發電機會處在過載狀態,發電機自動調節的會增加進水量,或者加大蒸汽注入量,如果再不足,那么就會啟動符合調配發電機組,增加發電量以應對高峰期用電!

能用特別的方法把這些電能儲存起來嗎?

盡管用電與發電在任何情況下都是相等的,但水力或者風力或者光電這些是有時效的,比如長江豐水期水力資源非常豐富,到了枯水期水量又不足,或者有風的時候沒人用電,用電的時候卻沒有風!這種情況是比較尷尬的,那么有辦法將這些浪費的能量儲存起來嗎?

枯水期河道干涸

直流儲能方式

答案也是肯定的,電瓶車中鉛酸電池或者鋰電池就是儲能方式之一,不過鉛酸電池效率比較差,很少會用在儲能項目上,現在用在大規模儲電的有鋰離子電池,或者液流電池等,但這些電池只能儲存直流電!

我們國家的工業標準電壓是單相交流220V/50HZ,所謂的工業三相就是三根相線(U、V、W三相,相電壓380V),和零線的電壓還是220V,這個是交流電,需要整流后才能變成直流電,當儲存在電池中的直流電釋放出來后,還要通過轉換成交流在并入電網,這一來一去效率比較低。

交流儲能方式

準確的說交流電是無法儲存的,但技術是死的,人是活的,可以通過轉換成機械能的方式將其儲存起來,比如壓縮空氣儲能,將空氣壓縮到一個超級或者N個超級氣罐中,也可以將水抽到高處蓄水儲能,也可以飛輪儲能,或者電解水分離化學鍵,將其分解成氫氧儲能。

抽水蓄能原理圖

這些方式中最常用的是抽水蓄能方式,在谷電時抽水,而用電高峰期放水發電,釋放重力勢能轉換為電能,回饋電網,總的來說能量損耗還是很大的,但整體而言,抽水蓄能還是有利可圖!

國家電網如何來調配電能?

要將發電站的電送到居民家中,需要經過升壓,輸電、變電-變電-再變電,再經過小區配電輸送到樓道電表箱,最后才到居民家中,但要是這個發電站檢修或者容量不夠時候怎么辦?那么就需要電網來調配了!

微電網

在我國電能的來源有水電、火電、還有核電和太陽能、風能以及潮汐能和蓄水儲能等多種電能來源,而國家電網就是干這個用的,發電站輸出的電能除了電壓和頻率要符合標準要求外,還有一個頻率同步!

我國有三個電網,分別是國家電網、南方電網和蒙西電網,在所有的大型發電站,都有一套計算機自動控制系統,對過流、過壓等檢測,隨時調整輸出容量與頻率和并網電壓,抽水蓄能電站也將接受電網調配,比如出現電能浪費時將開啟抽水蓄能!

當然在豐水期可能會出現真正的蓄水儲能的水庫也是滿的,而水電站也有源源不斷的水力資源,此時只能棄水,通過泄洪閘泄水,畢竟不能無限制保持在水庫內,水電站的另一個功能是調洪,也就是在洪峰到來前,先放水到防洪限制水位,然后迎接洪峰,避免下游直接受到洪峰沖擊,此后再慢慢放水!

當然棄風和棄光這種情況也必然存在,再強大的電網也無法避免出現這種現象!隨著特高壓輸變電技術的成熟,這種情況相對會更少,因為它可以將西北邊遠地區的風能或者水電輸往東南部發達地區!

意外事故

國家電網的工程師天天在優化算法,希望能將電能做到最優分配,但它也只能做到調配,無法應對所有問題,當電網過載超過調配極限時,局部電網可能會崩潰,比如區域用電量過載,其他電網調配無法滿足,或者輸電線過載,或者發電站保護性跳閘,為避免這個崩潰波及到整個電網,電網會將其隔離,那么區域性停電就會發生!

另一種則是太陽活動造成的電網崩潰,這個原因是太陽風中的高能帶電粒子沖擊地球磁場,造成地磁大幅動蕩,磁場變動會在長距離輸電線上感應出電流,這個緩慢的交流電會無法通過變壓器傳遞到另一側,因此會直接消耗在線圈內,這個強大的電流可能會導致變壓器燒毀,大面積電網崩潰!

1989年加拿大魁北克電網崩潰就是太陽活動造成的,當然人類已經很幸運了,如果是1859年的卡林頓事件級別太陽活動的話,全球電網可以崩潰三次,人類文明將倒退十年,損失超過數十萬億美元!這種行星級電網故障狀態不是某個電網所能掌控的,也許得給地球弄個罩子!

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