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对发电有疑问吗?从这里开始寻找简单的答案,并深入挖掘更多的见解。

什么是发电?

发电是复杂的,但让我们尽量简化它。

发电是一个用来描述使用不同类型技术生产电力的术语,其中一些技术,如蒸汽锅炉,已经有100多年的历史,而另一些技术,如风力涡轮机,则是较新的技术。事实上,蒸汽锅炉和风车要古老得多。它们最初是用来移动机器和碾碎谷物的,现在仍然如此,但现在它们主要用于发电。

大多数发电设备通过旋转交流发电机的机械装置发电。如何使机械旋转取决于所使用的技术。

电是如何产生的?

发电厂和发电机正在制造大量的电力。我们说过,旋转的运动被传送到交流发电机,交流发电机将这种运动转化为电力。这到底是怎么发生的呢?

交流发电机很像电动机。电动机利用电力使转子旋转。在交流发电机中,情况正好相反——交流发电机利用运动产生电力,而不是用电。事实上,许多电动机可以充当临时交流发电机。

交流发电机由两部分组成:定子和转子。转子在交流发电机内部旋转,并被设计成产生磁场。定子本质上是一个盒子,由许多铜绕组包裹在空心铁芯上。当转子在定子内旋转时,它的磁场也会旋转,这种旋转在定子绕组内产生电流。这些电流被收集起来并传送到电网。

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发电机是如何工作的?

发电机是小型的,自给自足的发电厂,建立在一个往复式发动机和交流发电机。发动机和交流发电机通常被组合成一个单独的外壳,这个外壳可以像拖拉机拖车一样大,也可以像行李箱一样小,这取决于需要多少电力。有适合不同燃料的发电机——柴油、汽油、生物燃料、天然气等等。

更大的发电机被广泛地用于各种各样的应用程序和行业.它们可以作为主要电源,也可以作为备用电源。例如,部署在没有可靠电网的地区的军事基地经常依靠基地上的发电机来满足所有的电力需求。在不容许随时停电的建筑物内,会安装备用发电机,以便在停电时提供电力。数据中心医院就是需要备用发电机的建筑。

发电厂类型

有许多类型的发电厂涉及不同的技术:往复式发动机(有时被称为内燃机),蒸汽涡轮机,燃气涡轮机,水力涡轮机,风力涡轮机,地热,核能,等等。

什么是水力发电厂和风电场?

水力发电厂和风力发电厂在技术上是表亲,因为它们不使用燃料,只使用风和水流发电。

它们也都使用外部旋转的涡轮叶片施加扭矩在交流发电机的转轴上。例如,胡佛大坝就有一个著名的水力发电站,它通过利用流经大坝的水释放的势能来产生大量的电力。

对于风力涡轮机,每个塔都有一组涡轮机叶片和一个发电机,提取风能并将其转化为电力。

什么是太阳能发电厂?

太阳能发电是由光伏板制造的,太阳能板利用阳光激活其中的硅电池。当来自太阳的光子撞击硅电池时,它们会将硅原子中的电子撞出。电池的设计使电子只能朝一个方向移动。因此,当电池的电子收集器连接到电负载上时,电子就会排成一列,从电池进入电负载。换句话说,产生了电流。

太阳能技术已经扩展到配备蒸汽涡轮机的集中太阳能发电厂。在某些结构中,镜子被放置在塔的周围,反射的光线对准塔顶的接收器。把它想象成用放大镜聚集太阳光来生火。塔顶有一个蒸汽锅炉,热蒸汽通过管道向下输送到地面的汽轮机。

什么是地热发电厂?

地热发电厂有深入地下的管道,在那里水被附近岩浆释放的热量加热。水变成蒸汽,蒸汽被汽轮机和交流发电机用来发电。怀俄明州黄石国家公园的许多热间歇泉就是水被地热活动转化为蒸汽的一个例子。

什么是燃气发电厂?

在依靠燃气轮机的燃气发电厂,过程是这样的:

  1. 空气被吸入压缩机,在那里被压缩。
  2. 压缩空气被引入燃烧室,在那里它与燃料混合,空气-燃料混合物被点燃。
  3. 燃烧产生的加压气体使涡轮叶片旋转。
  4. 与往复式发动机一样,旋转的运动被传送到交流发电机,并将其转化为电力。

喷气发动机的工作方式非常相似,不同的是,扭矩旋转风扇叶片和推动喷气机。

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什么是柴油发电厂?

与其他发电厂相比,柴油发电厂的发电能力相对较小。这些发电厂通常使用往复式发动机发电。这些往复式发动机就像汽车的发动机一样:

  • 当燃料被注入时,空气进入压缩机。
  • 当空气和燃料混合物燃烧时,活塞会升降。
  • 活塞与产生旋转运动的曲轴相连。
  • 旋转运动被传送到交流发电机,交流发电机将这种运动转化为电流。

以往复式发动机为基础的发电厂实际上可以燃烧多种燃料,包括天然气、重油等。

什么是燃煤电厂?

在燃煤电厂,这个过程是这样的:

  • 燃料源被点燃以加热锅炉中的水。
  • 锅炉里的热水变成蒸汽。
  • 蒸汽使汽轮机的叶片转动
  • 这种旋转运动被转移到发电机,从而产生电力。

这个过程在核电站也是一样的,但是水是由铀原子裂变产生的热量来沸腾的,而不是燃料的燃烧。

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核电站是如何运作的?

核电站在美国,蒸汽机的过程与蒸汽机相同,但水是由铀原子裂变产生的热量煮沸的,而不是燃料的燃烧。

核电站有一个或多个反应堆,在那里发生核裂变。大的铀原子分裂成小的原子,在这个过程中释放出巨大的能量。铀以氧化铀颗粒的形式被带到反应堆,这些氧化铀颗粒堆积在被称为燃料棒的密封金属管中。燃料棒被插入一个装满水并加压的大容器——反应堆容器。一旦核裂变开始,燃料棒就会加热反应堆容器中的水,产生蒸汽。然后这些蒸汽继续旋转蒸汽涡轮机和电力交流机组,产生电力。

在这个过程中,任何时候都不涉及化石燃料,所以核电站不会产生任何碳排放。然而,它们产生的是大量高放射性的乏燃料棒,没有人真正知道如何处理这些乏燃料棒。

截至2021年,在美国的57个核电站中,约有94个核反应堆,在全世界约有450个核反应堆。

联合循环电厂

蒸汽涡轮机可以搭载在燃气涡轮机上,形成一个“联合循环”电厂,利用燃气涡轮机的余热来制造蒸汽。燃气轮机的废气现在产生额外的电力。这就是为什么联合循环发电厂比简单循环发电厂有更好的效率和更高的产量。

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不同发电技术的好处

每种类型的发电厂和发电技术都有其优缺点。

核电站生产大量的电力用很少的燃料,几乎没有排放,但核废料是一个尚未解决的主要问题。

燃气轮机产生的排放更少,比大多数基于蒸汽轮机的发电厂效率更高,但维护成本往往较高。它们还最好使用天然气,但并非所有地方都有。

往复式发动机有很大的灵活性:它们有快速启动和快速停止的能力,它们可以使用各种燃料运行,非常高效,而且建造和维护成本相对较低。

风力涡轮机和太阳能电池板不产生直接排放,也不需要燃料,但它们的输出是可变的,有时是不可预测的——在无风的日子里,风电场不会产生很多电力。

随着全球对清洁发电和为后代减少排放的渴望增加,转向清洁、可再生能源的趋势继续增长。由于电网上有如此多的风能和太阳能发电厂,拥有足够灵活的发电厂是很重要的,这些电厂可以快速启动和停止,以弥补风能和太阳能的可变性。燃气轮机和往复式发动机非常适合这种情况,是电力公司的热门选择。

用于发电的能源

所有的发电系统和发电厂都是通过将可用的一种或另一种形式的能源转换成电力来工作的。

太阳能电池板和风电场将环境中的能量——阳光和风能转化为电能。同样地,水力发电厂利用水坝蓄水的势能或河流中的动能来发电。来自风、太阳和水的能源被认为是可再生的,因为它们的来源是不断补充的,即使它们的可用性取决于天气条件。

其他发电技术需要燃料作为能源。几乎所有可以燃烧的东西都被用作发电的燃料。有些发电厂是靠城市垃圾、旧轮胎、下水道煤气、玉米皮、工业废料等来发电的。尽管如此,大多数不可再生电力来自化石燃料,这一类别包括煤、天然气和柴油等石油馏分。

生物燃料是一种越来越重要的燃料,因为它们是碳中和的。这意味着当它们燃烧时,它们释放的碳不是来自化石来源。生物燃料是由有机材料制成的,比如能源作物、农业副产品,甚至是用过的煎炸油。金宝搏娱乐城生物燃料有固体、液体和气体的形式,在发电应用中有多种用途。例如,生物柴油是一种广泛使用的液体生物燃料。

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