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這個問題我回答一下,解答儘量用通俗易懂。
回答這個問題之前我先舉個例子.自來水公司通過自來水管道向用戶供水,此時自來水管道內是有壓力的,最小壓力也要保障自來水管道最遠端用戶正常用水.如果整個供水系統中沒有用戶用水,水流是不會流動的,這時自來水廠水泵加壓做的就是無用功.一但這個時候停電了,水泵不能繼續加壓,管道中的水會去哪裡。
翻回頭來說說樓主提出的問題,首先要說說發電機發電原理.稍微有一點物理常識的人都知道,發電機是依靠線圈切割磁力線產生電能的.有人會問,切割磁力線為什麼會產生電?我解釋一下.切割磁力線是通俗的說法,其實是線圈有效截面積內的磁通量發生了變化.磁通量有變化,在閉合電路中線圈內就會產生電流,有電流產生線圈會產生相反磁力線以抵消磁通量的變化.線圈中電流的方向可以根據楞次定律算出.磁通量變化越劇烈,線圈中的電流越強？
那麼在開電路中呢?也就是沒有用戶用電.由於電路不是閉合的,即便磁通量發生變化,線圈中也不會有電流產生.大家就會說發電機根本就沒發電,其實不是這樣的,發電機畢竟在做功.線圈不斷切割磁力線,磁力線不斷對構成線圈的原子的核外電子做功.當達到一定強度的時候,線圈一端的原子的核外電子在磁力線的推動下就會掙脫原子核對它的束縛,傳遞給第二個相鄰原子.由於第二個相鄰原子的核外電子數是飽和的,這個原子就會把原本屬於自己的電子傳遞給相鄰的第三個原子.依次類推,線圈另外一端的原子得到了一個電子,呈負性,也就是負極,符號是「－」.失去電子的原子也就是正極,符號是「＋」。
我要說明的是,電子的傳遞不是擊鼓傳花那樣傳遞,而是相鄰傳遞.當磁通量不斷加強,會有更多的電子從線圈的一端向另一端聚集.雖然沒有電流在線圈中流動,但是線圈的兩端也會有電位差.這個差值俗稱電源電動勢,也叫做空載電壓。
如果以上說法你們不能理解,我再舉個例子,比如海水漲潮.在潮汐力的作用下海水的波浪一波又一波的沖向岸邊,這種現象可以看做磁力線把原子中的電子從線圈的一端向另一端驅趕.隨著潮汐力達到極限時,海岸邊聚集了大量的海水.同理,當發電機轉速達到最大值,開電路中發電機線圈的一端會聚集大量電子.由於潮汐力達到最大值,不會有更多的海水湧向岸邊.發電機也一樣,當磁通量變化量達到最大值,也不會再有電子向線圈的負極集中.因為如果讓原子內部越靠近原子核的核外電子發生轉移,需要更大的能量.即便能夠做到也是不經濟的,還不如增加發電機線圈的圈數更實惠。
綜上所述,當發電機在發電的時候沒有用戶用電,等同於開電路.發電機所做的一切只是維持了電源電動勢,沒有實際輸出等同於白做功.不過發電廠不會那麼傻,他們會根據用戶實際需求調整發電機機組發電功率.當用戶用電量不斷攀升的時候,發電機的電源電動勢會不斷降低,也就是電源電壓不斷下降.當電源電壓下降到一定數值,要麼控制用戶數量,要麼加大電力供給.否則,當發電機機組分得的電壓高於負載電壓時,發電機內耗就會直線飆升,直至發電機機組被燒毀。
有人說發電機發電時,如果沒有用戶用電會燒毀發電機機組,這就是無稽之談.沒有用戶用電就等同於開電路,電路中電流為零.根據p= ui,換算一下,p=i r^2,電流為零,p也為零,也就是說發電機線圈幾乎不產生熱量,又怎會燒毀發電機機組呢？
由於篇幅限制就說這麼多了,希望大家共同討論。
回答這個問題之前我先舉個例子.自來水公司通過自來水管道向用戶供水,此時自來水管道內是有壓力的,最小壓力也要保障自來水管道最遠端用戶正常用水.如果整個供水系統中沒有用戶用水,水流是不會流動的,這時自來水廠水泵加壓做的就是無用功.一但這個時候停電了,水泵不能繼續加壓,管道中的水會去哪裡。
翻回頭來說說樓主提出的問題,首先要說說發電機發電原理.稍微有一點物理常識的人都知道,發電機是依靠線圈切割磁力線產生電能的.有人會問,切割磁力線為什麼會產生電?我解釋一下.切割磁力線是通俗的說法,其實是線圈有效截面積內的磁通量發生了變化.磁通量有變化,在閉合電路中線圈內就會產生電流,有電流產生線圈會產生相反磁力線以抵消磁通量的變化.線圈中電流的方向可以根據楞次定律算出.磁通量變化越劇烈,線圈中的電流越強？
那麼在開電路中呢?也就是沒有用戶用電.由於電路不是閉合的,即便磁通量發生變化,線圈中也不會有電流產生.大家就會說發電機根本就沒發電,其實不是這樣的,發電機畢竟在做功.線圈不斷切割磁力線,磁力線不斷對構成線圈的原子的核外電子做功.當達到一定強度的時候,線圈一端的原子的核外電子在磁力線的推動下就會掙脫原子核對它的束縛,傳遞給第二個相鄰原子.由於第二個相鄰原子的核外電子數是飽和的,這個原子就會把原本屬於自己的電子傳遞給相鄰的第三個原子.依次類推,線圈另外一端的原子得到了一個電子,呈負性,也就是負極,符號是「－」.失去電子的原子也就是正極,符號是「＋」。
我要說明的是,電子的傳遞不是擊鼓傳花那樣傳遞,而是相鄰傳遞.當磁通量不斷加強,會有更多的電子從線圈的一端向另一端聚集.雖然沒有電流在線圈中流動,但是線圈的兩端也會有電位差.這個差值俗稱電源電動勢,也叫做空載電壓。
如果以上說法你們不能理解,我再舉個例子,比如海水漲潮.在潮汐力的作用下海水的波浪一波又一波的沖向岸邊,這種現象可以看做磁力線把原子中的電子從線圈的一端向另一端驅趕.隨著潮汐力達到極限時,海岸邊聚集了大量的海水.同理,當發電機轉速達到最大值,開電路中發電機線圈的一端會聚集大量電子.由於潮汐力達到最大值,不會有更多的海水湧向岸邊.發電機也一樣,當磁通量變化量達到最大值,也不會再有電子向線圈的負極集中.因為如果讓原子內部越靠近原子核的核外電子發生轉移,需要更大的能量.即便能夠做到也是不經濟的,還不如增加發電機線圈的圈數更實惠。
綜上所述,當發電機在發電的時候沒有用戶用電,等同於開電路.發電機所做的一切只是維持了電源電動勢,沒有實際輸出等同於白做功.不過發電廠不會那麼傻,他們會根據用戶實際需求調整發電機機組發電功率.當用戶用電量不斷攀升的時候,發電機的電源電動勢會不斷降低,也就是電源電壓不斷下降.當電源電壓下降到一定數值,要麼控制用戶數量,要麼加大電力供給.否則,當發電機機組分得的電壓高於負載電壓時,發電機內耗就會直線飆升,直至發電機機組被燒毀。
有人說發電機發電時,如果沒有用戶用電會燒毀發電機機組,這就是無稽之談.沒有用戶用電就等同於開電路,電路中電流為零.根據p= ui,換算一下,p=i r^2,電流為零,p也為零,也就是說發電機線圈幾乎不產生熱量,又怎會燒毀發電機機組呢？
由於篇幅限制就說這麼多了,希望大家共同討論。
發電機發電的時候,如果沒有電器在用電,那麼這些發出來的電去了哪裡?白白損失了嗎？
相信很多朋友都會有這個問題,每天用電都高峰和低谷,因此發電站如果要滿足高峰時候用電功率,那麼低谷這些電又去哪裡了?假如只滿足低谷,那麼高峰時容量不夠！其實這個話題中會涉及三個非常有趣的問題,下面來做個簡單分析。
低谷時多發的電去哪裡了。
其實能量都是守恆的,一焦耳的電能都不會多出來,所以發電機永遠都是用多少電而發多少電,這會涉及到其他幾個問題,我們下文再分析！那麼從理論上來看,是不是峰谷電沒有差異了?也就是說沒有浪費了?也不對,比如水力發電在豐水期,即使空載也要將水排走,或者真沒有用電設備,那麼乾脆就泄洪,所以浪費的不是電能,而是水的重力勢能。
另一個比如火電則是蒸汽輪機,為應對突發用電高峰,那麼必須有儲備功率,發電機都處在熱機狀態,以維持突發高峰,假如沒有人用這些電能的話,維持這些設備運轉就得消耗大量的蒸汽,這次浪費的是蒸汽的熱能。
還有風電和太陽能,這兩個比較難伺候,因為有風和充足陽光的時候不一定有人用電,要用電的時候往往沒有風或者是晚上了,所以要搭配電網調節或者增加儲能設施,比如有的太陽能是利用光照聚焦加熱熔鹽儲能,然後再加熱蒸汽推動蒸汽輪機發電,這個熔鹽加熱還是具有一定的儲能效果的,比直接的太陽能電池應對高峰低谷要強很多。
光熱太陽能電站。
怎麼保證220/380v,50hz穩定輸出？
我國的工業用電標準是50hz,一般工業用發電機有三個級別。
g1:一般照明或者簡單電器對頻率要求不高的負荷,要求最低,頻率變化範圍:8%g2:負載變化時允許有一定的頻率和電壓的波動,比如水泵或者風機等,要求一般,頻率變化範圍:5%;g3:對電壓和頻率要求比較高,比如無線電通信,對發電機波形都有部分要求,頻率變化範圍:3%;g4:對頻率、電壓與波形要求很高的計算機機房或者數據中心,或者其他要求很高的科研場合.頻率變化範圍:amc,比如ups頻率一般變化範圍很少超過0.5hz,大部分時都在0.1之內,馬上就會自動調整過來,更多的時候就是標準50hz
但對於機械式的發電機就不那麼容易了,不過也是有辦法的,要求一般的場合發電機頻率要求是g2,也就是±5%範圍,小型機幾千瓦的汽油發電機是聯動風門的,負載重會聯動風門調節化油器開口,加大氧氣與汽化的汽油進入氣缸,增加轉速,輕載則反之！當然柴油機則是加大噴油量等,原理是一樣的。
如果是水利發電,那麼有兩種了,最基本就是調節水流,現代發電機則是調節水流和調節勵磁,保證輸出的電源頻率嚴格符合標準。
電壓調節其實和頻率調節是類似的,也同樣通過油門或者水流調節轉速或者調節勵磁磁通來達到穩定電壓,不過那種手拉式啟動的小發電機的電壓與頻率變化範圍是比較大的,因為只有速度反饋這一種方式。
另外要提醒下的是,大型發電機發出的電壓根本就不是220v/380,這種一般在幾千瓦和幾十千瓦的發電機中使用,大型水電站的發電機高達6.3kv,甚至數萬伏,當然遠程輸電還要變壓到110kv或者220kv甚至更高的電壓,避免電流過大損耗,到用電地區時再用變壓器降壓配電,再經居民區變壓配電等多級降壓與配電過程到廠區或者居民用電。
特高壓變電站。
我國民用電是單相,相線與零線電壓是220v.工業用電是三相,相線間電壓是380v,其實就是民用電的三根相線之間的電壓,一般民用標準配電有相線、零線和地線（單相三線制）！工業用電為三相線,一零線,一地線（或者根據需求選用tn-c系統還是tn-s系統或者tn-c-s配線）。
太陽能發電如何變成交流電。
如果是熔鹽蓄熱蒸汽發電的太陽能電站,其實和火電或者水電沒有什麼區別,假如是太陽能電池,那麼必須有逆變設備將直流電逆變為工頻交流電,如果要入網的話還有同步頻率的要求,當然如果發電機要入電網的話也有一個頻率同步要求？
逆變器大家都知道,最簡單的就是很多農村朋友抓魚的機器就是,不過這個對波形和電壓甚至頻率都沒有控制要求,而入網的要求就多了,工頻交流電波形是正弦波,這個是發電機勵磁特性得到的,發電機很容易,可惜電子設備要模擬出正弦波,還是有點難度的.正弦波也符合變壓器的矽鋼勵磁特性,如果方波的話,估計得上鐵氧體（開關電源中的中頻和高頻電源應用比較多）.功率就沒有矽鋼片的鐵芯那麼大了。
工業併網用的光伏逆變器。
怎麼儲存這些浪費的能源？
發電站最喜歡一天到晚的直線負荷,但這不可能,因為民用電晚上就睡覺了,夏天和冬天會有空調需求,春秋就沒了,還有工業用電也有峰谷,大致和民用高峰有點相反,反正想要一條直線是不可能的。
2020年2月26日國網江西省電力有限公司調度大廳的復工後用電負荷實時曲線。
所以如何將谷底時棄風,棄光還有浪費的水資源利用則是綜合利用能源的一個最佳方式,但大規模蓄電是有難度的,如果用蓄電池成本實在太高,因此有將車用鋰離子電池回收改裝為蓄電車或者蓄電站的,當然這種規模遠遠比不上抽水蓄能電站。
它的原理很簡單,將水谷電時的電能抽水到海拔比較高的位置,以重力勢能的方式保存起來,等用電高峰時發電調節,兩個時間段的用電差價就是抽水蓄能電站的利潤.浙江安吉天荒坪就有當時亞洲裝機容量最大的抽水蓄能電站。
安吉天荒坪抽水蓄能電站的蓄水湖。
除了電池、抽水蓄能外,還有電解水或者壓縮空氣蓄能等幾種方式,對於個人來說,將一些耗能比較大的操作在谷電時期使用,比如一整天用的開水,或者谷電時燒水洗澡等等也算是「蓄能」的一種啦。
相信很多朋友都會有這個問題,每天用電都高峰和低谷,因此發電站如果要滿足高峰時候用電功率,那麼低谷這些電又去哪裡了?假如只滿足低谷,那麼高峰時容量不夠！其實這個話題中會涉及三個非常有趣的問題,下面來做個簡單分析。
低谷時多發的電去哪裡了。
其實能量都是守恆的,一焦耳的電能都不會多出來,所以發電機永遠都是用多少電而發多少電,這會涉及到其他幾個問題,我們下文再分析！那麼從理論上來看,是不是峰谷電沒有差異了?也就是說沒有浪費了?也不對,比如水力發電在豐水期,即使空載也要將水排走,或者真沒有用電設備,那麼乾脆就泄洪,所以浪費的不是電能,而是水的重力勢能。
另一個比如火電則是蒸汽輪機,為應對突發用電高峰,那麼必須有儲備功率,發電機都處在熱機狀態,以維持突發高峰,假如沒有人用這些電能的話,維持這些設備運轉就得消耗大量的蒸汽,這次浪費的是蒸汽的熱能。
還有風電和太陽能,這兩個比較難伺候,因為有風和充足陽光的時候不一定有人用電,要用電的時候往往沒有風或者是晚上了,所以要搭配電網調節或者增加儲能設施,比如有的太陽能是利用光照聚焦加熱熔鹽儲能,然後再加熱蒸汽推動蒸汽輪機發電,這個熔鹽加熱還是具有一定的儲能效果的,比直接的太陽能電池應對高峰低谷要強很多。
光熱太陽能電站。
怎麼保證220/380v,50hz穩定輸出？
我國的工業用電標準是50hz,一般工業用發電機有三個級別。
g1:一般照明或者簡單電器對頻率要求不高的負荷,要求最低,頻率變化範圍:8%g2:負載變化時允許有一定的頻率和電壓的波動,比如水泵或者風機等,要求一般,頻率變化範圍:5%;g3:對電壓和頻率要求比較高,比如無線電通信,對發電機波形都有部分要求,頻率變化範圍:3%;g4:對頻率、電壓與波形要求很高的計算機機房或者數據中心,或者其他要求很高的科研場合.頻率變化範圍:amc,比如ups頻率一般變化範圍很少超過0.5hz,大部分時都在0.1之內,馬上就會自動調整過來,更多的時候就是標準50hz
但對於機械式的發電機就不那麼容易了,不過也是有辦法的,要求一般的場合發電機頻率要求是g2,也就是±5%範圍,小型機幾千瓦的汽油發電機是聯動風門的,負載重會聯動風門調節化油器開口,加大氧氣與汽化的汽油進入氣缸,增加轉速,輕載則反之！當然柴油機則是加大噴油量等,原理是一樣的。
如果是水利發電,那麼有兩種了,最基本就是調節水流,現代發電機則是調節水流和調節勵磁,保證輸出的電源頻率嚴格符合標準。
電壓調節其實和頻率調節是類似的,也同樣通過油門或者水流調節轉速或者調節勵磁磁通來達到穩定電壓,不過那種手拉式啟動的小發電機的電壓與頻率變化範圍是比較大的,因為只有速度反饋這一種方式。
另外要提醒下的是,大型發電機發出的電壓根本就不是220v/380,這種一般在幾千瓦和幾十千瓦的發電機中使用,大型水電站的發電機高達6.3kv,甚至數萬伏,當然遠程輸電還要變壓到110kv或者220kv甚至更高的電壓,避免電流過大損耗,到用電地區時再用變壓器降壓配電,再經居民區變壓配電等多級降壓與配電過程到廠區或者居民用電。
特高壓變電站。
我國民用電是單相,相線與零線電壓是220v.工業用電是三相,相線間電壓是380v,其實就是民用電的三根相線之間的電壓,一般民用標準配電有相線、零線和地線（單相三線制）！工業用電為三相線,一零線,一地線（或者根據需求選用tn-c系統還是tn-s系統或者tn-c-s配線）。
太陽能發電如何變成交流電。
如果是熔鹽蓄熱蒸汽發電的太陽能電站,其實和火電或者水電沒有什麼區別,假如是太陽能電池,那麼必須有逆變設備將直流電逆變為工頻交流電,如果要入網的話還有同步頻率的要求,當然如果發電機要入電網的話也有一個頻率同步要求？
逆變器大家都知道,最簡單的就是很多農村朋友抓魚的機器就是,不過這個對波形和電壓甚至頻率都沒有控制要求,而入網的要求就多了,工頻交流電波形是正弦波,這個是發電機勵磁特性得到的,發電機很容易,可惜電子設備要模擬出正弦波,還是有點難度的.正弦波也符合變壓器的矽鋼勵磁特性,如果方波的話,估計得上鐵氧體（開關電源中的中頻和高頻電源應用比較多）.功率就沒有矽鋼片的鐵芯那麼大了。
工業併網用的光伏逆變器。
怎麼儲存這些浪費的能源？
發電站最喜歡一天到晚的直線負荷,但這不可能,因為民用電晚上就睡覺了,夏天和冬天會有空調需求,春秋就沒了,還有工業用電也有峰谷,大致和民用高峰有點相反,反正想要一條直線是不可能的。
2020年2月26日國網江西省電力有限公司調度大廳的復工後用電負荷實時曲線。
所以如何將谷底時棄風,棄光還有浪費的水資源利用則是綜合利用能源的一個最佳方式,但大規模蓄電是有難度的,如果用蓄電池成本實在太高,因此有將車用鋰離子電池回收改裝為蓄電車或者蓄電站的,當然這種規模遠遠比不上抽水蓄能電站。
它的原理很簡單,將水谷電時的電能抽水到海拔比較高的位置,以重力勢能的方式保存起來,等用電高峰時發電調節,兩個時間段的用電差價就是抽水蓄能電站的利潤.浙江安吉天荒坪就有當時亞洲裝機容量最大的抽水蓄能電站。
安吉天荒坪抽水蓄能電站的蓄水湖。
除了電池、抽水蓄能外,還有電解水或者壓縮空氣蓄能等幾種方式,對於個人來說,將一些耗能比較大的操作在谷電時期使用,比如一整天用的開水,或者谷電時燒水洗澡等等也算是「蓄能」的一種啦。