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从一度电的产生引发的 | 讲述·東西堂



讲述 | 涛涛 . 杭州堂友

组织 | 東西堂 . 杭州 姜小艺 

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从一度电的产生引发的



尽管大家生活中无时无刻不在用电,但是可能大家对于电并没有特别感性的认识。下面我就从以下5方面来对电做一个基本的介绍。

1.一度电是什么?

2.一度电是如何产生的?

3.我国主要的几种电能产生方式及现状简介

4.一些生活中的省电小窍门




一度电

一度电是一个能量单位,而不是我们通常见到的功率单位。简单来说一度电就是一台功率为1000W的电器工作1小时所消耗的电能。一度电可以让:


       一盏25瓦的电灯能连续点亮40个小时;

       一台普通家用冰箱能运行24小时;

       一台普通电风扇能连续运行15小时;

       一台1匹(735W)空调能开1.5小时;

       一台电视机能开10小时;

       一台笔记本电脑能用12个小时以上;



电的产生

电的产生从物理原理上讲有:


1.光电效应:在高于某特定频率的电磁波照射下,某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流,即光生电。该效应只应用于薄膜太阳能发电。


2. 法拉第电磁感应定律:闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流,这种现象叫电磁感应,产生的电流称为感应电流。该定律应用最为广泛。

法拉第电磁感应定律,其实就是告诉我们可以将机械能转换为电能。由于许多能量形式都可以转换为机械能,这就为电能的产生带来了很大的便利,这也是现在应用最为广泛的一种电能产生原理。


像火力发电,核能发电、地热发电以及一些太阳能发电都是利用这些能源产生的热量加热水,产生水蒸气推动汽轮机,汽轮机带动发电机,从而产生电能。而水力发电、风力发电、潮汐发电是直接利用这些资源的机械能带动发电机发电。一度电的产生不外乎以上几种方式,在我国最为主要的发电方式有火力发电、水力发电、核能发电以及风力发电,其中火力发电以燃煤发电为主。



电能产生方式



2014年几种发电方式占我国发电总量的比重


下面就从火电、水电、风电、核电这4个方面展开。


1火电

由于中国煤炭资源非常丰富,且利用煤炭发电的技术成熟,成本较低,所以中国火力发电燃料绝大部分是煤炭。



可以看到,我国的煤电资源主要集中在中西部地区,而电能消费主要集中在东南部沿海地区。由于电能是不能大量存储的,其生产、传输、消费是在同一时间完成的。而电能的传输会产生损耗,输电电压越高,损耗越小。


以前由于输电技术的落后,我们采取的是在电力能源的消费地建设火电厂,将西部地区的煤运往东南沿海地区。由于这些地区为经济较发达地区,工业较多,汽车较多,火电厂的增加往往会加重其环境负担。特别是一些小火电厂,环保投资不够,排放技术不达标,会对大气造成比较大的污染。




图中左侧这个红白间隔的东西才是火电厂的烟囱,是煤燃烧后产生的废气的排放口,右边那几个矮胖的东西是冷却塔,冒出来的是白色的水蒸气。


为了改善环境问题,现在我国已经关停了许多排放不达标的小火电厂,开始利用特高压技术来进行远距离输电。在煤矿附近就地建立大型火电厂,将煤转换为电,利用特高压技术将电通过电力线路直接输送到电能需求中心。这样由于火电厂都位于工业相对较少的西部地区,其带来的废气排放不会超出环境的承载力。而东部沿海地区直接使用电能,一定程度上减轻了环境污染。


2水电

水电是我国第二大电力能源。




我国的水电站多分布于长江区、珠江区、西南诸河区。长江区、珠江区、西南诸河区及东南诸河区的水电站机组容量占全国的84.4%,而其中四川、云南和湖北三省占全国规模以上水电站装机容量的51.6%,可见我国的水电主要分布在西南地区。


给大家举个例子说明西南地区的水电站密集程度。


金沙江下游(雅砻江口~宜宾)密布四座梯级电站


第一级电站,乌东德水电站,装机容量10×740MW=7400MW,年发电量320亿度。审批通过,还未开建。


第二级电站,白鹤滩水电站,装机容量16×750MW =12000 MW,年发电量492亿度。建设阶段。


第三级水电站,溪洛渡水电站,装机容量18×700 MW=12600 MW,年发电量571到640亿度。已经建成,装机容量位居世界第三。

第四级电站,向家坝水电站,装机容量8×750MW=6000 MW,年发电量307亿度。已建成。


除此之外,长江上还有很多座水电站,其中最为重要的一个就是三峡水电站,装机容量达到22500 MW,为目前世界上装机容量最大的水电站。



举世闻名的三峡大坝


水电是清洁能源,可再生、无污染、运行费用低,便于进行电力调峰,是非常好的一种电力能源。但是水电站的建设是一项巨大的工程,涉及到很大的生态、地质、以及环境问题,这些方面难以评估。


另外,我国水电也存在和煤电同样的问题,即电力需求在东部沿海地区,水电资源分布在西南地区,所以也需要使用特高压输电技术来将水电输送到需求中心。以三峡水电站为例,其发出的电主要送往华中、华东地区和广东省。


3风电

风能作为一种清洁的可再生能源,我国的风电主要主要分布在西北、华北、东北等“三北地区”,及东部沿海地区,资源比较集中。


中国风电布局图


慈溪风电厂


可能有朋友看到过这些风车,其实它就是一个个的风力发电机。慈溪风电厂装置有33台1500千瓦机组,共装置49500千瓦,单个风机还是很大的。



这张图可能明显一点,机组单机容量1500千瓦,转轮直径77米,轮毂高度61.5米,机舱重量71吨,机组总重量162吨。作为发展时间尚短的新兴能源,难免会遇到发展中的问题。当前风电发展面临的主要问题是弃风限电严重。


由于电力统筹规划薄弱、配套电网建设滞后,风电送出消纳成为瓶颈。大规模风电的消纳一直都是世界性难题,我国在这方面的问题更加突出。有以下原因:一方面,我国风资源集中、规模大,远离负荷中心,资源地市场规模小、难以就地消纳;另一方面,风电本身具有波动性和间歇性等特点,风电并网需要配套建设调峰电源,而我国风电集中的“三北”(西北、华北、东北)地区,电源结构单一,基本没有调峰能力。此外,跨区输电能力不足也是一个重要的制约因素。


致“三北”地区弃风限电的问题是不一样的。东北的主要问题是火电和风电的冲突问题,目前风电要给其他电源让路;西北地区主要问题在于用电负荷过小;华北则主要是输电通道问题。


4核电

下面轮到最神秘的一种发电形式---核电.相比于火电厂、水电站、风电厂的宏伟、美丽不同,核电站往往给人一种神秘感。其实呢,核电是一种清洁、低碳的能源。核能是地球上储量最丰富的能源,又是高能量密集型的能源。


中国在建核电机组24台,数量世界第一,运营机组30台,规模世界第四。相对于2011年福岛事故后的停滞状态,中国各地的核电项目从2015年开始再次重启,并迅速推进。


我国目前已投运、在建和规划中的核电站分布图


中国目前在建和运行中的核电机组主要分布于山东、广东、福建等沿海地区。


核电站多建在海边是因为:1、沿海地区多是大城市人口密集区,是用电大户;2、核电站在运行过程中要产生巨大的热量,冷却需要大量水;3、为了保险(发生泄露事故)核电站多建设在岛屿,半岛等远离人口居住地区。


内陆地区核电选址要非常慎重,因为内陆地区的水源全部为淡水,并且几乎所有的大江大河都直接向周边城市供应生活用水,一旦发生泄漏事故,后果不堪设想。我国目前还没有内陆核电站,被称为内陆三大核电项目的湖南桃花江核电站、湖北咸宁大畈核电站、江西彭泽核电站尽管早已获得发改委批准,但自日本核泄漏事件后便进入重启未定状态。


秦山核电站布局图


秦山核电站是中国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站,地处浙江省嘉兴市海盐县。


省电小窍门

通过以上简要介绍,想必大家对我国电力能源现状的有了一定的了解,我国的电力能源的还存在煤电占比过重,新能源占比不足的问题,这一现状还需要较长的时间来改善。作为普通的电力用户,我们能做的就是节约用电,不仅是节省能源,更是节省自己钱包里的人民币。下面给大家介绍一下生活中一些省电小窍门。


首先,要合理利用峰谷电价、阶梯电价,如图




其中,高峰时段指的是8:00—22:00,低谷时段指的是22:00—次日8:00。可以看到谷电价要比峰电价便宜一半左右,所以大家可以将比较耗电、又不着急的家务放在22点到8点之间。当然这个需要家里装有具有峰谷计价功能的电表,家里还没有装的话可以到国家电网营业厅申请。


下面介绍一些电器方面的节电技巧。


电视、空调等电器用完后,人们习惯用遥控器关闭,而电器上的遥控信号接收电路板仍然工作着,白白耗费电力。一台25英寸彩电待机状态耗电功率7w左右,电脑有4.8w的功耗,家电待机耗电占我国城市家庭耗电量的10%。所以当不使用电器时应该彻底断电。


一般彩色电视机最亮与最暗时的功耗能相差30瓦至50瓦,建议室内开一盏低瓦数的日光灯,把电视对比度和亮度调到中间为最佳。其次控制音量,音量大,功耗高。


空调制冷时室温定高1度,制热时室温定低2度,均可省电10%以上,而人体几乎觉察不到这微小的差别。少开门窗可以减少房外热量进入或散失,利于省电。定期清除室外散热片上的灰尘,保持清洁。散热片上的灰尘过多,可大幅度增加耗电量。


电冰箱中食物解冻的方法有水冲、自然解冻等几种。在食用前几小时,可以先把食物从冷藏室(4度左右)里拿到微冻室(1度左右)里,因为冷冻食品的冷气可以帮助保持温度,减少压缩机的运转,从而达到省电目的。在摆放冰箱时,一般应在两侧预留5-10厘米、上方10厘米、后侧10厘米的空间,可以帮助冰箱散热。


热水器加热水温不宜过高,一般结合自己的用水习惯,夏天水温42度左右,冬天46度左右。每次要洗澡之前提前2~3小时通电加热水,开始洗澡之前给热水器断电,一可以做到绝对的用电安全,二可以节省了热水器保温的电能损失。热水器加热设定温度越高、热水器保温时间越长、剩余热水量越多越费电。


这就是一些日常生活中的节电小技巧,希望对大家有用,当然最重要的是能帮大家节省人民币。



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