我国的电力供应与实际的需要之间存在着一定的距离,尤其在一些电力供应严重不足的地区,在用电高峰时,为了保证工厂企业的生产能够进行下去,常常让各工厂错开用电时间,甚至将一些工厂的工作时间改在晚上电力供应比较充裕的时候。那么为什么不能将晚上的发电能力安排在白天使用呢?
原来电力生产有其特殊性,电站的发电能力受发电机自身的功率以及总装机容量的限制,不可能输送出比设计能力更多的电力,拿火力发电来说,它的发电过程是日夜不停地连续进行的,不能随便停机。如果过多地开机、停机,不仅浪费煤,燃油,水力等宝贵的能源,降低发电的效率,而且还容易损伤发电设备,经济上是极其不合算的。又如新兴的核电站,一且核反应开始投入正常的生产,就更不允许突然停顿。同时电站的生产过程是连续的,而且只要发电机一开动,不论输送出去的电力用得完还是用不完,发电机输出的功率总是一成不变无法随意降低。
然而用电的情况却不是一天24小时一成不变的。通常白天厂矿开工,机关办公,店铺营业;晚上则是万家灯火,商业街上霓虹灯闪烁。因此早上6点到晚上10点是用电高峰,电厂的电往往不够用;而从晚上10点到早上6点,用电大户极少,所以这一段时间可称为用电低谷,电厂发出的电用不完,剩余的电能只能白白浪费掉,造成了电能缺乏和电能浪费并存的矛盾。
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为了解决这一矛盾,发配电专家创造设计了一种贮存电能的办法,这就是将发电站晚间发的电多余部分储存起来,供白天和晚上用电高峰时使用。如何将电能储存起来呢?可能有人立刻会想到蓄电池。不错,蓄电池通过充电,能把从外部输入的电能转化为化学能储存在电池里,需要时,又可以将电池里的化学能转化为电能向外输出。但蓄电池储存电能的容量实在太小,起不到大量蓄能的作用。电能的储存必须储存量大并且切实可行和经济合算,这就必须建蓄能电站。目前世界上已在实际应用的蓄能电站是抽水蓄能电站。所谓抽水蓄能,就是利用发电厂多余的电驱动水泵,把水从低处的水池里抽到高处的水库里储存起来;到了用电高峰时,再把高处池子里的水从泄水导管放出来带动水轮发电机发出电来。其实,抽水蓄能电站就是将电能转化为水的重力势能储存起来,需要时再把这个重力势能转化为电能。当然在电能变势能、势能变电能的循环过程中,会损失掉一部分能量,但比起让电能全部空耗浪费掉要合算得多了。
现在抽水蓄能电站里常用的是一种具有复合功能的可逆式机组。这种机组将水泵和水轮机结合起一起,叫做可逆水泵—水轮机;将发电机和电动机结合在一起,叫做可逆式电机。需要抽水蓄能时,水泵—水轮机就起水泵作用,而电机就起电动机的作用;需要发电时,水泵—水轮机就起水轮机的作用,电机就变成了发电机。
由于抽水蓄能电站贮存电能的效率较高,很多国家竞相建造。这些电站一般有两种型式:一种是只安装水泵和电动机的纯抽水蓄能式,它只能蓄能而不能发电;另一种是既有普通水泵和水轮机组,又有电动机和发电机,它既蓄能又发电。我国密云水库和潘家口水库的蓄能电站就属于后一种。
国外一些科学家还在研究利用压缩空气储存电能的蓄能电站,譬如晚间用电能开动空气压缩机,向一个密封的洞穴里压入空气;白天将洞穴里的空气泄放出来,驱动发电机发电;还有的设想是把空气压入充水的地下洞穴,通过控制洞穴里水位的高低,使空气压力保持不变,这样就能使涡轮发电机均匀发电。这种蓄能电站是利用电能与空气的弹性势能互相转化来达到蓄能的目的。
蓄能电站的出现,为合理用电,减少浪费提供了一条途径,蓄能电站必将在实际运行中继续发展。