被發電機發出來而最終又沒有被使用的那些電去哪兒了?

請注意,由於原問題表述不當,本問題已於2015年9月16日進行了大幅度的修改,修改前的原問題請參見下文的分割線。

問題源自一個小等式,即:在任意瞬間,電網中由發電機發出的電能=電路中所有的負載+各種損耗。

舉個實際的例子:假設有一台小型柴油發電機,假設它連接了10盞額定功率為99W的燈泡(99Wx10=990W),再假設電路正常運轉時各種亂七八糟的損耗共計10W,總之當電路正常運轉時,電路中的總負載就是99Wx10+10W=1000W,那麼根據等式,在這個電路正常運轉的任意瞬間,發電機輸出的功率也是1000W,這樣就符合1000W=99Wx10+10W的等式啦。

那麼【偽·問題】來了:

在上述電路正常運行的某一瞬間,突然有1盞燈泡退出了電路(比如被關掉或者燒毀),而其它9盞燈泡依然在正常運作,那麼在某燈泡退出電路的這一瞬間瞬間瞬間,重要的事說三遍),電路中的負載由於某盞燈的退出而發生了波動,而任何什麼PSS或者AGC或者DHC什麼鬼的裝置是需要有一個反應時間和調整過程的,那麼請問:在電路負載發生波動之後,且那些什麼ABS鬼裝置調整之前瞬間瞬間瞬間,重要的事說三遍),電路中的發電機和負載是什麼狀況?

我自己稍微想了一下:由於有1個燈泡突然退出了電路,電路中的負載肯定是有波動的,或許會升高或許會降低或許會爆炸或者怎樣吧啦吧啦,總之總負載是「動了」,而蠢蠢的發電機還沒來得及調整,所以輸出的功率暫時是「不動」的,那麼就在這個瞬間瞬間瞬間,重要的事說三遍),等式的一側是「動了」,另一側是「還沒來得及動」,這顯然破壞了等式,所以何解?

可能會有人回答說:電網這種東西嘛,有波動是很正常的,所以會允許有一定的偏差,X%~Y%什麼的。

所以【真·問題】來了:

既然承認了確實有「偏差」,那麼這個「偏差」去哪兒了?

另,本人拒絕以下答案:

1)這個「偏差」其實是「測量誤差」,實際情況還是完全相等的。

拒絕理由:麻煩您再仔細讀一遍我的問題,謝謝。

2)這個「偏差」其實是某種奇妙能力突破了某種守恆定律,「咻」的一下就不見了。

拒絕理由:順便問一句,是不是宇宙也要跟著一起毀滅了。

3)轉子、頻率、調度、計劃、BBQ、DDOS......

拒絕理由:再見。

順便提一點小要求:鑒於本人的文化水平,請在回答中請儘可能地少使用專業術語、專業名詞或外文,以免造成您的回答十分專業嚴謹但我完全看不懂的情況發生,謝謝。

再次感謝各位小夥伴在本問題被修改之前的回答,謝謝。

-----------分割線-------以下為原問題-------------------

為了更好地描述這個問題, 先建立一個小模型:

假設有一個小島,島上有一個獨立的發電站,它發出來的電被且僅被島上的居民們使用,既沒有其它發電站發出來的電傳輸到這個島上,這個島也不向小島之外的地方提供電力,姑且認為這個小島是一個獨立封閉的電力環境。

進一步假設,假設這個小島上的居民們有很規律的用電習慣,他們每天用掉的所有電能加上各種線路損耗等等等吧啦吧啦加起來一共是一萬度(10000kW·h),並且每天都剛好是這個數字,十分規律。

再進一步假設,島上的發電站很機智地發現了一萬度這個數字,於是發電站的攻城獅通過各種調整使發電站每天剛好發出一萬度電,然後這一萬度電又剛好被島上的居民用掉,就像鐘錶每天都會在午夜回到00:00那樣精確而和諧。

前面說了這麼多,問題終於來了:

忽然有一天,島上有個居民想出了一個稀奇古怪的主意,他打算說服島上所有的人在某一天晚上關掉家中的所有用電設備,以示節約能源。

他把這個主意告訴了島上所有的人,島上的人們大致有四種意見:

1)有人表示支持,他們覺得這種行為很典型,有必要立個牌坊。

2)也有人表示很扯淡,想立牌坊的話請直接去立牌坊,別耽誤我用電。

3)還有人表示無所謂,反正有電錶為證,多用多交錢,少用少交錢。

4)發電站的攻城獅們表示很頭疼:我們好不容易才把發電量調整到一萬度,我們沒辦法為你這種活動臨時調整發電量。

終於,在某一天晚上,「斷電」活動開始了,支持的人們陸續關閉了家中的各種電器,反對的人們無動於衷,還有一些本來支持的人因為不小心忘記了所以也照常用電。

午夜來臨,時鐘回歸到了00:00,因為發電站的攻城獅們沒有做任何調整,發電站也沒有什麼「智能調整」裝置,所以那天整個發電站的總發電量依然是一萬度,但是由於島上有一些人參加了「斷電」活動,所以整個小島的總用電量是小於一萬度的,那麼那些沒有被用掉的電去哪兒了?

另,本人拒絕以下答案:

1)這些沒有被用掉的電被白白地浪費了。

拒絕理由:根據某種守恆理論,能量既不會平白無故地產生,也不會平白無故地消滅,電能可以轉換成光能啊,熱能啊,動能啊等等等各種形式,那麼所謂的「白白地浪費」是在何處轉化成何種形式了?

2)發電站有一個巨大的充電電池,沒被用掉的電被存儲到電池裡,以後接著用。

拒絕理由:這種答案實際上是在偷換概念,那些「沒有被用掉的電」在給電池「充電」的過程中就被用掉了,轉換成了電池中的能量。

3)這些沒有被用掉的電通過發電站的一根神秘電線傳輸到納尼亞去了。

拒絕理由:既然納尼亞用了小島的電,那麼納尼亞交電費嘛?

順便提一點小要求:鑒於本人的文化水平,請在回答中請儘可能地少使用專業術語、專業名詞或外文,以免造成您的回答十分專業嚴謹但我完全看不懂的情況發生,謝謝。


新的回答:

1你所列的公式就是一條最簡單的能量守恆。

2那麼在燈泡退出的一瞬間,等式成不成立呢,顯然是成立的。

3一盞燈泡壞了,那麼1000功率在瞬間將分配到剩餘的9盞燈泡上。表現在物理量的變化上為通過燈的電流瞬間增大了,每盞燈的亮度也瞬間變亮,那部分能量就轉化成變亮的這部分光能和熱能。

4那為什麼發電側還要延後調整功率呢,因為用電負荷長期工作在額定功率以上,是會損壞設備的。

5電力系統里有叫暫態分析就是研究這些瞬間千奇百怪的變化的。

6而且這是高中或初中物理的內容。

分割線——————————————其實特別簡單,你搞清楚下面幾點就好。

1電是由發電機發的,假如這10000千瓦時是由10台發電機發的,那麼用電量降到5000時,把其中5台停掉就能達到發電和用電平衡。在電力系統里負責命令幾台發電機發電的人叫 調度。

2因為要保持系統頻率不變,因此改變發電機轉速以達到發電減少的這一方法並不可取。

3如果用電是9500怎麼辦呢,很簡單,10台發電機都啟動,把多餘的500電量用於一台抽水機,把水抽到水庫里,達到把電能轉化成勢能的目的。在電力系統里這個叫做調峰。

4那麼我怎麼知道明天,後天啟動多少台發電機合適呢。在系統里叫負荷預測。我知道你明天大家要搞這個停電活動,那麼我就提前準備好減少出力。


哥滿足你,不用專業名詞來解釋這個問題。一個驢拉磨,一分鐘可以拉磨轉10圈,它正拉的好好的,假如你忽然在石磨上抹上潤滑油,會發生什麼?磨肯定會忽然轉快了,驢也不傻,你不抽它,它為什麼要轉那麼快,慢慢拉唄,於是它就不用那麼大力氣了,於是磨的速度又慢下來恢復原速了。

驢的力氣就是驅動發電機轉子轉動的蒸汽能,磨就是發電機的轉子,加潤滑油就是你說的大家忽然都不用電,驢的智商就是PSS裝置(用電量變化會造成電網頻率變化,此裝置是專門用來檢測頻率並據此調整發電機發電量的)。這下明白了?多餘的能量變成轉子的動能了。

能量守恆定律萬歲。


發電和用電是實時平衡的,也就是說在每一個瞬間,發電量和用電量都是相等的(暫不討論損耗等,不影響原理正確)。所以你費勁打了這麼多字搞出來的模型根本是錯的,完全不能這樣一天一天地累積起來計算。

發了多少電,就得用多少電;用了多少電,就得發多少電。如果你使蠻力去破壞平衡,只能讓電網崩潰。

知乎上講這個原理的答案夠多的了,比如 發電廠(站)發出的多餘電能是如何存儲的? - 電氣工程 ;在用電較低的時段,發電廠發的多餘的電怎麼辦? - 生活 有你打那麼多字的時間早就學明白了。


來吧,在這個問題發布了幾天、得到了諸多支離破碎的答案之後,老漢我實在是忍不住了,自問自答一發:

先給結論:交流電網是一個實時動態、且實時負載均衡的系統,就是所謂的「發多少用多少」。電網中確實難免有波動,所以電網的機智之處就在於它能夠實時地把這些波動給「均衡掉」,「海納百川,波瀾不驚」。那麼它是怎麼「均衡」的呢,且聽我慢慢道來,讓那些叼著滿嘴的專業名詞和大道理不鬆口的人去死吧(開玩笑)。

直接從原題的模型入手,假設有這樣一台發電功率是1000W的發電機,它負載了10個燈泡和各種損耗,發電1000W=耗電1000W,等式成立,正常運轉。

這時突然有一盞燈泡退出了電路,那麼接下來會發生什麼呢?

發電機的想法肯定是打算把發電功率降下來,降到足夠負載9個燈泡和各種損耗就足夠了,這樣等式依然是平衡的。

可惜發電機想得是挺美,但它本身卻是有一個問題的:發電機是靠裡面的機器運轉來發電的,而這些運轉的東西有慣性的,所以它不可能在你想降的一瞬間就馬上降下來,是要有一個調整的「過程」的。

那麼,在「發電量開始下降而沒有降到9個燈泡的負載的過程中」,整個電路是不是平衡的呢?

答:依然是平衡的,雖然這看起來似乎不太平衡,我舉個例子你就理解啦。

假設有一輛神奇的卡車,整輛車的自重加上載重一共是1000公斤,它有10個車輪共同分擔1000公斤的重量,那麼整輛車對所有車輪的總壓力是1000公斤,10個車輪對整輛車提供的支持力也是1000公斤,1000公斤=1000公斤,這輛車是平衡的。

假設突然有一個車輪爆胎了,那麼在爆胎的瞬間,這個爆胎的車輪就失去了對車輛的支撐,但是這輛車的總重量並沒有變化,那麼1000公斤=1000公斤的平衡被打破了嘛?

平衡並沒有被打破,1000公斤的重量被平均分攤到剩餘的9個輪胎上,每個輪胎稍微「超載」一點點,9個車輪承載了原本應由10個輪胎承載的壓力,所以依然是1000公斤=1000公斤,還是平衡的。

接下來,司機終於發現爆胎了,他開始慢慢地從車上往下卸貨:

隨著車上的貨物越來越少,整輛車的重量越來越輕,慢慢的從1000公斤減少到999公斤、998公斤、997公斤......

隨著整輛車重量的減輕,一直「超載」著的輪胎們受到的壓力越來越小,越來越接近正常的狀態。

終於,隨著某一件貨物的卸下,車輛的總重量剛好降低到9個輪胎正常能承受的狀態,輪胎的「超載」狀況解除了,「平衡」又回來了。

那麼回顧一下剛才的狀況,其實對於整輛車來說,它一直是「動態負載均衡」的,但是也確實有一個角色不太平衡,那就是輪胎,輪胎經歷了從「正常負載」到「瞬間超載」再「緩慢降低負載」,最終「回歸正常負載」的狀況。

那麼,把這個「卡車爆胎」的模型和「燈泡燒毀」的模型對比一下,是不是發現了一些共同點呢?

電網與卡車一樣,卡車內部存在一種「壓力與支持力的平衡」,而且是實時平衡。

其實電力的本質就是一種「壓力」,我們經常說「電壓」就是220V嘛。

比如說卡車,卡車有時裝的貨物多一點,有時裝的貨物少一點,所以有時輪胎受的壓力大一點,有時輪胎受的壓力小一點,有時還有可能稍微「超載」一點點,但是這些小波動都在輪胎能承受的範圍內,像是某種「額定壓力」或者「額定功率」,但是假如10個輪胎有6個同時爆胎了,那麼剩下的4個輪胎未必能承受得住原本應該由10個輪胎承受的重量,結果就有可能導致另外4個輪胎因嚴重超載而被壓爆,就像用電設備嚴重超載而被燒毀,然後整個系統就.....

總結一下,那些被發電機發出來而又沒有被用掉的電去哪兒了呢?

其實這些電被依然堅挺的用電設備們「瓜分」了,每個用電設備都稍微超載一點點,就「消化掉了」,所以本質還是被用掉了,發多少電,用多少電。

同理可證,萬一有另外一個人問你:如果整個電網的耗電量突然增加,而發電機又沒來得及增加發電功率,那麼缺少的這部分電由誰提供呢?

其實誰都沒有提供,每一個用電設備都「省吃儉用」一點點,那麼似乎應該短缺的電力也就不短缺了,當然如果缺口實在是太大,那每一個用電設備都會餓得面黃肌瘦,發多少電,就用多少電。

這樣就把問題說清楚了吧,沒有什麼冷冰冰的大道理,當然也沒有什麼頻率、轉子、原動機、調度、AGC、NFC或者ABC。

召喚一下之前曾經回答過問題的小夥伴們, @卡諾循環, @王才孝, @瘋子哥哥哎喲喂, @漠北星辰, @唐詩文 , @比卡丘 , @馬大哈哈哈 , @我是小安 , @王天樹 如果我的回答中有錯誤或遺漏敬請不吝指正,同樣也感謝各位的回答。

順便鄙視一下 @MNing ,這貨說要先佔坑以後再回答,現在老夫都怒髮衝冠自問自答了,這貨也沒動靜。

說完了正事,順便吐槽幾句:

1)某位答主似乎很彪悍,在答案中丟下一句「發多少電,就用多少」這樣的大道理然後就沒有任何解釋了,這倒也可以理解,因為彪悍的人生不需要解釋。但是我在此呼籲:大家在回答問題時,除非確定能做到一針見血,否則最好不要冷冰冰拋一句大道理就撤,這樣真的沒什麼卵用。

2)某位答主嫌棄我話太多,稱「有打這麼多字的功夫早學會了」,對此我無言以對,幸好在知乎里大家都比較友善,換作貼吧微博之類的我可能就要挨罵了,打字多也是罪過。

3)其實大家的觀點都有一定的正確性,可惜大家各說各話,沒人從我假設的模型出發來完整地回答這個問題,所以我只好逐一追問,再回答再追問,有點類似警察審犯人,審到最後大家精疲力盡,問題卻審成了漿糊。

4)某位答主在回復中說「以題主的態度我認為沒必要再為他解釋了」,對此我也無言以對。 @卡諾循環 我很尊重每一位答主的答案,也認真地對每一條答案進行回復,幾乎每一條回復中我都會「感謝您的回答」,但是禮貌地感謝似乎被無視掉了,持續追問和開小玩笑就會被認為態度有問題,這也是沒誰了。

5)更無奈的是,每位答主回答問題的角度都不盡相同,而且幾乎都是「片面」的,或者只是使用各種語法翻來覆去地表述「發多少電就用多少電」和「你的模型是錯的」,這好比我提問:為什麼太陽是圓的?然後有人回答:圓形就是太陽的形狀!!所以太陽就是圓的!!好吧,我承認您的答案無懈可擊,是在下輸了。

再次感謝各位小夥伴的回答。

與世界分享你的知識、經驗和見解。本文可以在不被歪曲的情況下隨意轉載或引用,不必徵得本人同意。


題主的問題很有意思,但是難以成立。

正常的時候發電機發出的電等於線路損耗的電和用戶用掉的電。

(發電功率=損耗的功率+使用掉的功率)

這是一個等式,我們可以把等式的連接點看作是發電機,等式的兩邊的不平衡會直接運用於發電機。

同步發電機需要盡量保持勻速旋轉,物理學上說過,勻速旋轉需要力矩的平衡,上邊等式的右邊用力來表現就是「阻力」,阻力來源於用戶和變電輸電的電力消耗;而等式左邊是「動力」,而動力來源於原動機中水蒸氣或水的做功。

現實中這個等式兩邊一定不會長時間完全完全相等的,沒有這麼理想的情況。當左邊稍稍大於右邊時,頻率就會稍稍上升,由50赫茲(假設這個小島用50赫茲的電)上升為http://50.XXX赫茲。頻率上升對用電設備的影響就是功率的上升,舉一個很蠢的例子,小馬每分鐘打小謝的臉50次,摩擦生熱,把熱量看作產生的功率,現在小馬提高了頻率,,,小謝的臉顯然更熱了。。。。。無論如何,頻率上升了,這是電網不允許的,所以AGC啊什麼什麼的自動控制設備就會把發電機原動機這邊的輸入的功率降低,例如水輪機會稍稍調整水輪機葉片的漿距啊或者進水量啊什麼的。。於是上面的等式左邊小於右邊了,發電機轉子的力矩又不平衡了,轉速下來了,頻率也就下來了。。。折騰來折騰去,頻率會始終保持在50赫茲左右一點點一點點一點點。

接下來設想題主說的情況

在用戶停電的開始幾分鐘,假設只有一部分用戶關燈了,這時負荷下降,但發電機的發出的功率並未減少,這時,同步發電機因為力矩不平衡了,開始從勻速旋轉變為加速旋轉,頻率上升,移動控制裝置開始行動,,,,但是,但是我們邪惡的題主必須要攻城師(電廠值班班組)保持和昨天同樣的發電量,這時候大家都把燈關了,負荷在下降,而發電機還保持著同樣的原動力輸入功率。

結果就是。。就是發電機轉速不斷加快,最後飛車,BooooooooM。。。。。。

其實還有一個辦法,那就是偷偷搞個大電阻仍到海裡面當熱得快。。。這樣就可以完成任務了。。。。嗯

一個猜想。


新回答:電網的兩個重要指標是電壓與頻率,用電負荷和供電負荷平衡了,這兩個指標也就穩定了。但這種平衡是一種動態平衡,你無法精確的控制這種供需關係,況且,發電機本身也不可能絕對穩定的發出同一負荷,因為廠用輔機的交流特性、調節機構的不斷調整,負荷其實也是上下小幅震蕩的,嚴格意義來講發出的是平均負荷。但這都無關緊要,包括你提到的用電負荷的突然變化,發電機無法快速相應,都不是問題。因為電網是有容量的,就像一個水池,邊進邊排,突然排水這邊龍頭關小了,而進水這邊還來不及去調整,無非是水池的水位略微上升點,然後我再調整進水流量也是可行的,事實上也是這麼操作的,水池水位的變化套在電網上就是電壓及頻率的變化,而這兩個參數指標,只要運行在安全範圍內,是被允許的。電網雖然不是一個儲能裝置,但還是有一點儲能作用的。我碰到過幾次極端情況,是發電廠同時有兩台發電機組保護動作脫扣(跳閘停機),這個對電網的影響是很大的,所在線路範圍內的用電負荷全部限電拉閘,連部分紅綠燈都停了,損失難以統計。但若是不採取措施,任其發展,會拖垮整個電網以及併網的發電機,造成大停電,這個恢復起來就複雜、麻煩多了。

之前的回答:手機碼字不易,有解釋不到位之處請諒解。本人是從事發電行業,對輸配電這一塊不甚了解,信口開河之處請包涵並指正。現在是電、網分開,而之前是一家的。電是指發電;網是指輸配電。電網的負荷是和用戶需求量基本同步的,也就是說,你用多少,我發多少。注意我這裡用基本兩個字,說明允許一定誤差,反映在電網上就是線路電壓的高與低的變化及電網周率的高低變化,上下有限制,行業規定是根據電壓等級的不同,5-10%的允許偏差,周率允許的波動更小,超出這個規定對電網安全運行就有影響。大型發電機組都有AGC和AVC功能,電網根據用戶負荷需求,通過程式控制方式使分布在各地的發電機組自動調整負荷及電壓,使電網供需平衡。目前還引進了人工智慧系統,可以根據多年的記錄和經驗,預判出何地何時,用電負荷會如何變化,從而提前調配發電功率,進一步減少電網波動。你所建的模型,可能在愛迪生時代就已經解決問題了。電網的模型接近一個水池,一頭進一頭出,但要基本保證水池水位不大幅變化,希望能解決你的困惑。


這東西可能么,負荷少,頻率會上升使功率平衡,所以少許負荷變動不需要特別調節機組。


所以國網的人不只是在辦公室玩手機 電廠的不只是在主控室玩電腦啊

所謂的穩態不是用戶負荷不變而是動態變化 用電的人越多 用電習慣越規律 電網對於負荷的調控就越負荷 無用的電就越少

所以所謂的世界停電一小時就是外行指導內行啊 電廠1小時經歷一次降負荷再升負荷 浪費的能源夠發多少電了


註:非科班

我的通俗化理解是:就算其中一盞燈突然退出系統,等式依然成立。

在這一瞬間,發電機依然發出了1000W,然後這1000W由剩下的9盞燈(簡化理解,拋開線損變化)平分,也就是說等式變成:

1000W=10W+110W×9(兩邊依然相等)。

(在這一瞬間結束後,各種電網的調控設施生效,把發電機的發電功率降低到了901,世界又和平了)


調度一般會控制整個電網平衡,因為電是不是大規模儲存的,如果實在用不了,就會讓抽水蓄能電站參與調峰,抽水蓄能電站上游是一個水庫,電站里的發電機在電網電多時就當成電動機用來消耗電,把水抽到上方去,電少時就把水放下來發電。當然對於整個電網這只是很小一部分。


題主拒絕專業辭彙,打這麼多字看看電力系統穩態暫態就好了。

題主這個問題很大程度感覺就是空想而已。。

之前上課說到過三種負荷,一是負荷波動頻率快幅度小,類似日常負荷。二是波動頻率較小幅度較小。三是波動頻率大,幅度大。

第三種必須報備電廠,說好了電廠幾點供電,它才能投入使用。否則會拖垮整個一片電網。

比較小的波動是通過一次調頻和二次調頻。

說真的。題主打這麼多字的功夫去隨便找找電力系統的書看看,就知道了。不需要什麼基礎。


如果負荷減少電壓會升高,導致用電器功率增大,損壞用戶電器設備,所以必須調峰,平衡電網電量


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