电,与人类生活的交集不过短短 200 年时间。但它却以爆发式的增长覆盖了人们生活的角角落落,从饮食起居到手机电脑,提供电力的发电厂日夜不停地运作来满足人们的需求。不少读者可能曾有过疑问:如果发电厂产生的电能多了,会去哪呢?

电厂发电量大于用电量,多余的电去哪了?-风君雪科技博客

  首先要明白一点,正常运作的情况下,所有发电厂产生的所有电能,一定比用户需求的电能要多,否则局部地区用电负荷突然增加,供不应求容易导致大规模停电。发电厂产生的过剩电能一部分会通过电网被调度到电力匮乏的地区。

  电网就像城市的地铁线,只有多条线路布局成网状才可以发挥最大经济效益,只有一条地铁线的城市还不如改成公交车划算。电网也是一样,成网以后才可以发挥调配作用,并且电网的分布越广,电力系统整体就越稳定。

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  当然,并不是所有城市之间的电能都需要调度。可控范围内,一个城市的发电量实际是由该城市的需求所决定的。打个比方,我国采用的是 220 伏电压,50 赫兹的交流电,也就是说电流方向每秒钟改变 50 次,本质就是一对磁极的发电机转子每秒钟转动 50 圈,那么现在将家里的电视打开,电视经过线路传导可以对发电机的转子产生阻抗,能够降低转子的转动频率。

  开一台电视对整个城市的电力系统是毫无影响的,但如果是许多工厂的大型设备集体开工,就可能对城市的电力系统产生影响,阻抗会突然增加,每秒钟转 50 圈的转子可能变成 49 圈,那么 50 赫兹的电流就会变成 49 赫兹。如果该城市依旧不增加供电量,随着负荷增多,电路中总电流增大,发电机内阻的电压降增大,发电机输出电压减小,可能变成 210 伏,电流频率会变得更低,家用电器就无法正常使用,电力系统也会崩溃。

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  当然,这种情况是不会发生的。电网相当于中间商,如果城市用电负荷增加,电网的调度员会先向上游的发电厂发出指令,要求增加供电量。

  目前,中国主要采用的是火力发电和水力发电,火力发电厂收到指令后会增加烧锅炉的火力,使锅炉中的水产生水蒸气的速率增加,汽轮机转动变快,从而带动发电机,增加发电机转子的转动速率,使原来每秒 49 转提高到 50 转,使电流频率稳定在 50 赫兹,电压稳定在 220V,保证该城市的电力系统稳定;如果是水力发电就增大水流量来提高水轮的转速,以此来带动发电机。

  通常,电网会有多人轮流值班实时监测,保证电流频率在 50 赫兹±0.5 赫兹之间,也就是电能基本供求平衡。城市无法自给自足时,才会跨区域调配电力。

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  估计有人要有疑问了,国家所有电能肯定不可能刚好供求相等,能够调度电力,说明整体肯定是有多余的电能,这些电能哪去了呢?

  答案就是转变成水的势能。

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  抽水蓄能电站是一种专门为解决电力过剩而设计的水力发电站,当夜晚电网整体的电力负荷处于低谷时,多余的电能会给水泵,将低处的水输送到高处的水库储存起来,用电高峰期时,再将水的势能转化成电能。亚洲最大的抽水蓄能水电站——天荒坪水电站,年抽水耗电量 42.86 亿千瓦时,发电量 31.60 亿千瓦时,能源利用率达到了 73.7%。