电从哪里来

发电的方式有很多种,但是最基本的原理只有一条,就是要让电子“有纪律”地动起来。

通常状态下,电子也在不停息的运动,只不过这种运动是无规则的,并不能产生电流。如果电子有规则地运动起来,因为电子自身带有负电荷,就会产生电流,电就是这么来的。

发电厂的电是从哪来的(电从哪里来要到哪里去)(1)

电子无序的运动和有序的运动


为了让电子有规律地动起来,人类想要了很多方法。

核能发电、火力发电、水力发电、风能发电只是初始推动汽轮机或者涡轮机的能源不同,相同点都是发电机转子线圈在切割磁场,导体在磁场中要受到洛伦兹力。

在洛伦兹力的作用下,转子线圈内的电子定向移动到导体一端,这样产生了电场,电场两端电势差就是感应电动势,如果是闭合回路就会形成电流。

太阳能发电有两种方式:


发电厂的电是从哪来的(电从哪里来要到哪里去)(2)

光伏发电原理


一种是加热介质,如水,然后产生水蒸气推动汽轮机做功,发电的原理和上面相同;另一种是光伏发电,核心原件是半导体,太阳光电磁波照在半导体P-N结上,会形成空穴-电子对,在P-N结内建电场的作用下,空穴向P区移动,电子向N区移动这样就会形成电势差,如果是闭合回路,就会形成电流。

电能到哪里去了

根据用电用户不同,电能起得作用是不同的,大概可以分为以下几类:

为动力设备供电:

电能最主要的取去处就是这里,为转动设备提供动力电,将电能转化为机械能,其原理是法拉第电磁感应定律,如家里的冰箱、洗衣机、空调、电梯、自来水水泵都是这类。

为发热设备供电:

有一类设备将电能主要转为了热能,如电热毯、电加热器、电烤箱,白炽灯等设备。

转化为其它形式的能量:

转化为光能,如节能灯,转化为化学能,如电解、电镀。

但注意的是:电子并不是消失在了用电设备中,电子并不会凭空消失,而是在不断地流动的。


发电厂的电是从哪来的(电从哪里来要到哪里去)(3)

波谷和波峰模式

电厂多发的电到哪里去了

电并不太容易储存,充电宝储存的电能仅仅够手机充几次电的,但是电厂还是源源不断的发出电能,那么多出的电能到哪里去了?

我国有国家电网和南方电网还有比较小的蒙西电网,电网本身就相当于一个储水池,具有一定的调节能力,电网中不断地有用电设备启停,例如当A地一台10kW的电机停运后,B地和C地可能分别有一台5kW的设备启动,这样电网整体上是维持稳定的。

电网越大,稳定性越强,我国台湾省曾经出现过,一台核电机组跳停后,将整个台湾省电网拉垮的情形。

现在发电机都会有一个功能叫一次调频功能,电网为一个巨大的惯性系统,有功功率消耗会引起电网频率的变化,一次调频就是调节调门开度,增加或者减少供汽量,从而改变汽轮机的转速,改变输出的有功功率。

用电设备消耗当电网有功功率缺额时,发电机转子加速,电网频率升高,反之电网频率降低,这样就维持了电网的稳定性。


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有功功率是波动的


以上调节的手段都是有限的,如果遇到节假日,大量的工厂停产,这时全国全网用电量都在减少,通过以上方法就无法维持稳定,这时就需要用到调峰电厂,抽水蓄能电站是常用的调峰电厂。

通过抽水蓄能电站储存起来,如下图所示为抽水蓄能电站,当电能多时启动水泵将低处水库中水抽到高处,当出现用电峰值时,高处水在重力作用下自上而下流下,发出电能输送到电网,从而维持电网稳定。

发电厂的电是从哪来的(电从哪里来要到哪里去)(5)

抽水蓄能电站

如果实在无法抑制电网潮流,那只能大幅度降功率或者停机。

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