電力是人們日常生產生活中必不可少的重要能源。電能是由電廠通過各種各樣的方式生產出來的。目前,主要發電方式以火力發電為主,水力發電,風力發電、核電,太陽能發電,垃圾發電的方式並存。這些電力來源已經可以很好地滿足我國的用電需求。
但是每座城市每一天每個時間段所消耗的電量是不同的,而發電站幾乎是24小時都在不停歇地運轉發電,這就會產生過剩的電能。比如,每天的用電量會在白天的工作時間上升,到了晚上人們入睡以後,實際用電能就降低了,這可能就會有用不完的電量。
由於受限於目前的技術條件,電能是無法大規模直接儲存的。那麼,根據能量守恆定律,這些富餘的電能跑去哪裡了呢?
所有的發電廠和終端用戶是通過電網連接起來的。國家電網本身是不發電的,而是負責配電和電力運輸。首先,所有的發電站將生產的電力輸送到電網中心,電網再通過各種電壓的線路及設備將電能傳輸到用戶終端。
而我國全國各地的電網系統並不是彼此獨立的,而是聯在一起的一個完整龐雜的電力系統。其中的電力調度部門可以對各地區的用電量和發電量進行統一管理。
電力調度中心會對歷史用電量的數據進行統計與分析,提前預測出我們每個時間段需要多少用電量,從而對每個電廠的發電量進行調配。每個地方的發電廠,什麼時候發電、發多少電都是由電力調度中心決定的。電力調度根據用電消耗,動態調節發電量,保證用電與發電之間的動態平衡。就是用多少電,就發多少電,即發即用,而不是每天都發恆定量的電,從源頭上基本避免了大規模電能的浪費。
我國的電力調度機構設有五級,分為國網調度-大區域網調-省調-地(市)調以及縣電力調度中心。各個調度中心負責管理自己覆蓋的區域,各級調度中心之間密切協作,才能實現發用電平衡。
不過,即便如此,電網調配也無法100%做到供電量與用電量的精確匹配。況且在輸配電過程中,還存在一定的電能損耗,所以實際發電量還是會略高於實際用電量。有時候不可避免地產生多餘的電量,那麼這些多出來的電能又跑去哪裡了呢?
雖然發電站發的電無法直接儲存,但智慧的人類也想出了通過能量轉化的方案來解決——建造一個抽水蓄能電站,將多餘的電能轉化為水的勢能間接地儲存起來。
抽水蓄能電站分上下兩個水庫。在用電低谷期,比如夜晚,各種發電方式產生的過剩電能,就會通過電力運輸網絡輸送到抽水蓄能電站,電能驅動水泵將下水庫的水抽到上水庫,這一過程就把過剩的電能轉化為水的勢能保存了起來,就相當於蓄電。
待到用電高峰期,比如白天工作時間,將上水庫的閘門打開,放水至下水庫, 利用水能帶動水輪機發電,提供電力。這一抽一放,循環往復,就將低谷多餘電能轉化為高峰期的需電能。雖然抽水蓄能電站在能量轉換過程中,會有一些電能的損失,轉化率達75%左右,但這已經是目前轉化率最高的較大規模的電能存儲方式了。
在國家電網的統籌調配和抽水蓄能電站的共同作用下,可以最大限度地調配電力。所以說,嚴格來講,電力不會有多少浪費。但這並不表示我們節約用電就沒有意義,因為當我們減少耗電量,相應地就降低了發電量,也就減少了煤炭的消耗,從而減少燒煤造成的碳排放及其他汙染物對環境造成的影響。