這個世界上沒有什麼是永恆不變的,我們的科學,我們的認知總在被新的發現所更新。如果說真的有什麼永恆的定律,那極有可能就是熵增定律和質能守恆定律,這是整個宇宙運行的鐵律。而今天我們就來聊聊生活中一個貌似不遵守能量守恆定律的發電用電問題。
一般我們會覺得,發電廠無時無刻的在發電,但是我們用電的頻率卻不是固定的,會不會出現發電廠發的電我們用不完的情況,這種情況下多餘的發電量是以特殊的方式存儲起來了嗎?
其實不是這樣的,根據能量守恆定律,負載耗能永遠與發電量保持一致。在電網這個精密系統網絡裡,只有用電設備耗電時,發電廠才會輸出功率,消耗與生產完全相等。電網系統能夠對發電頻率進行精確控制,實時根據負載耗能調整發電功率,在這個過程中線路損耗,內阻損耗都屬於負載耗能,整個電網裡是不存在儲能設備的。
為了幫助大家理解整個原理,小編將從一大一小兩個發電系統來說明。
家用柴油發電機
前些年國家電網還不完善時,相信很多地區的村落小鎮上都會準備柴油發電機,尤其是辦一些婚喪嫁娶的大事時,柴油發電機一定是常備的。一旦停電這個小發電機就會派上用場。
人工啟動發電機後,發電機開始消耗柴油發電,在這個過程中有這麼幾個耗能過程:
發電機維持自身運轉的耗能線路內阻的耗能負載設備的耗能當用電器很多的時候,柴油發電機的輸出功率就會變大,單位時間內消耗的柴油就會變多。而當你關閉用電設備如空調冰箱電視機後,發電機依舊在工作,這時候發電機只需要提供自身損耗的功率和其它線路損耗功率,總的耗能大大降低,單位時間內消耗的柴油會大大減少。整個系統消耗的功率與產生的功率是時刻相等的,符合能量守恆定律。
國家電網系統
國家的電網系統對功率的監控調整相比普通發電機更加嚴格,但是原理大同小異。我國交流電的使用頻率嚴格控制在50Hz左右,整個系統中功率的消耗是無時無刻都在發生的,只是各個時段不一樣,一般來說晚上8點左右是一天的耗電高峰期。這個過程中包括輸電損耗在內的各種損耗之和永遠與發電廠發出的電量相等。
比如最常見的火力發電廠,工作人員和系統可以通過輪機進氣門來控制發電功率,根據實時反饋結果自動調整進煤量。
用電設備固定時,人工加大發電功率增加發電量會怎樣?
能量守恆依舊不會被打破,多出來的功率依舊按照比例增加到每個用電設備身上,這意味著很多用電器的實際使用功率將會超過額定功率。如果這個功率持續供給,就會出現用電器燒毀的情況,這時候就進入到了惡性循環,剩下的用電設備分攤的功率進一步增加。
這個時候如果不趕快調整功率輸出,最後整個電路系統將因為故障停止工作。當然,現實生活中肯定有很多的安全保障措施保證用電安全,這種情況一般不會出現。
所以這是不是很反直覺,但是確實是按照能量守恆定律辦事的,當我們想不通問題的關鍵點時,完全就可以從這些最樸素的科學定律出發,一定不會讓你失望的。因為我們的生活中的點點滴滴本質上都是遵循這些規律的,我們的宇宙按照嚴格的規則運行著。