很久以前,炼金术士梦想将廉价丑陋的金属变成像黄金一样有价值的金属。发电厂(也称为发电站)采用了类似的技巧,将煤块和油滴转化为电流,可以为您做饭或为手机充电,这些能源工厂将“化石燃料”(煤、天然气和石油)转化为电能。
一个大型发电厂可以产生足够的电力来供应几十万个家庭,这与大约 1000 个大型风力涡轮机全力运转所能产生的电力相同 。神奇的是少量的化石燃料也含有大量的能量,一公斤煤或一升油含有大约 30MJ 的能量——这是一个巨大的数量,相当于好几千个 1.5 伏电池!
可惜的是,以前大多数发电厂的效率都不是很高:在一个典型的以煤炭为燃料的老式发电厂中,燃料中锁定的能量只有大约三分之一转化为电能,其余的都被浪费了。如今新式电厂——联合循环发电站的效率可能高达 50%。
发电厂是如何工作的?
发电厂有点像能源生产线,燃料从一端流入,电力从另一端输出。中间会发生什么?一系列不同的步骤,大致沿着这些路线:
燃料:燃料加载到发电厂。一些发电厂使用煤炭,而其他发电厂则使用石油、天然气或分解垃圾产生的甲烷气体。
熔炉:燃料在巨型熔炉中燃烧以释放热能糖心vlog。
锅炉:在锅炉中,来自熔炉的热量在充满冷水的管道周围流动。热量使水沸腾并变成蒸汽。糖心vlog入口
涡轮机:蒸汽在高压下围绕一个轮子流动,这个轮子有点像由紧密排列的金属叶片制成的风车。当蒸汽流过时,叶片开始转动。该设备被称为蒸汽轮机,旨在将蒸汽的能量转化为动能 (运动的能量)。为了使涡轮机高效工作,热量必须在非常高的温度和压力下进入它,并在尽可能低的温度和压力下离开。
冷却塔:您在旧发电厂看到的巨型水罐形冷却塔可提高涡轮机的效率。来自汽轮机的沸腾热水在称为冷凝器的热交换器中冷却。然后它被喷入巨型冷却塔并抽回再利用。大部分水凝结在塔壁上,然后再次滴落。只有少量使用的水以蒸汽的形式从塔本身中逸出,但是大量的热量和能量都损失了。
发电机:涡轮机通过轴连接 到发电机,因此发电机与涡轮机叶片一起旋转tangxin。当它旋转时,发电机利用涡轮机的动能来发电。
电缆:电力从发电机传输到附近的变压器。
升压变压器:电在沿着电缆传输时会损失一些能量,但高压电比低压电损失的能量少。因此,工厂产生的电力在离开发电厂时会升压(升压)到非常高的电压。
塔架:巨大的金属塔以极高的电压将电力沿着架空电缆输送到需要的地方。
降压变压器:一旦电力到达目的地,另一个变压器会将电力转换回较低的电压,供家庭安全使用。
家庭:电力通过地下电缆流入家庭。
电器:电流在您家各处流向墙上的插座。当您插入电视机或其他电器时,它可能会间接连接到数百英里外的一块煤!
发电厂的类型
汽轮机
大多数传统发电厂通过燃烧燃料释放热量来产生能量。因此,它们被称为热能 (热能)发电厂。煤炭和石油它们用氧气燃烧燃料以释放热能,从而使水沸腾并驱动蒸汽轮机。这种基本设计有时被称为简单循环。
燃气轮机
天然气厂的工作方式略有不同,与喷气发动机的工作方式非常相似。他们不制造蒸汽,而是燃烧稳定的气流,并用它来驱动设计略有不同的涡轮机(称为燃气轮机)。
组合设计
曾经建造的每一座发电厂都有一个主要目标:从燃料中获得尽可能多的有用电力——换句话说,尽可能提高效率。我们可以将来自燃气轮机的热废气用于驱动蒸汽轮机以及所谓的联合循环。与普通的简单循环工厂相比,这使我们能够从燃料中多生产 50% 的电力。或者,我们可以通过让废气通过热交换器来加热水来提高发电厂的效率。这种设计被称为 热电联产 (CHP) 或热电联产,它正迅速成为最流行的设计之一
核
核电站的工作方式与简单循环煤或油厂类似,但它们不是燃烧燃料,而是将原子粉碎以释放热能。这用于以通常的方式烧开水、产生蒸汽并为汽轮机和发电机提供动力。
水电
水力发电和抽水蓄能电站的设计目的是通过巨大的水轮机(将它们视为非常高效的水轮)输送大量的水,这些水轮机直接驱动发电机。在水力发电厂中,一条河流在一个巨大的混凝土大坝后面形成回流。水可以通过水坝中一个相对较小的开口(称为压力管道)逸出并且,当它这样做时,它会使一个或多个涡轮机旋转。只要河流还在流动,涡轮机就会旋转,大坝就会产生水力发电。
抽水蓄能以类似于水力发电厂的方式发电,但在高位湖泊和低位湖泊之间来回输送相同的水。在需求高峰期,水被允许从高湖逃逸到低湖,以高价发电。当需求较低时,在半夜,使用低费率电力再次将水从低湖抽回高湖。所以抽水蓄能实际上是一种利用电力在某些时候比其他时候更有价值的方式。
从长远来看,未来趋势肯定是利用可再生能源发电,因为化石燃料供应要么会用完。在过去的几十年里,我们已经看到风能和太阳能的巨大扩张未来几年可能会急剧增加。想要了解更多关于风能和太阳能目前的最新应用进展,可以搜索我们的抖音号:我的引擎。
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