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科普丨1度电的诞生

作者:三青 时间:2023-05-06 阅读数:人阅读

 

1度电到底是什么概念?

1度电是1.3元,它构成了小编月底高昂的电费账单。实际上,1度电,不是电度表上的一个字,也不是1.3元。1度电(1 kW·h)是一个能量单位,而不是我们通常所说的功率单位( kW )。

1度电=1千瓦时=1千瓦×1小时=1000瓦×1小时。简单来说,一度电就是一台功率为1000W的电器工作1小时所消耗的电能。比如,1度电可以供普通电扇运行15个小时,普通空调运行1.5个小时,可供一台66瓦的冰箱运转15个小时,可将一枚25瓦的台灯点亮40个小时,可供一个4瓦的路由器运行10天,可以供手机充电100次......

图源:网络

根据这点,人们对家用电器耗电量有较为清楚认知,并总结各种省电妙招。据悉,每节约1度电,相当于节约0.4kg标准煤,减碳0.997kg。以北京为例,每人每天节约1度电,约等于减碳17208吨,减少煤渣2854吨,减少碳烟尘112吨,减少二氧化硫159吨,减少碳氧化物47吨。

那么1度电又是怎么诞生的呢?不同发电形式下,耗能和碳排放量又有何不同?

根据所利用能源的不同,通常有火力发电、风力发电、光伏发电、核能发电、水力发电等。

火力发电得从“烧开水”说起。首先把煤炭通过输送设备(输送带),送到锅炉里燃烧产生热量,(相当于家用大火炉子)加热锅炉里的水(相当于水壶)产生高温高压蒸汽,蒸汽通过管道到达汽轮机,推动汽轮机带着发电机一起旋转,电就从发电机里发出来了。

火力发电对环境污染最大,需要燃烧化石燃料。1度火电的产生需要燃烧310g的煤炭、190克柴油、59克天然气以及消耗4L净水。可产生160克二氧化碳、272克的碳粉尘、6.2克的二氧化硫、15克的碳氧化物。

双碳战略下,国家正大力推进煤炭清洁高效利用,如对火电机组升级改造,关停“小作坊”机组等。另一边就是大力发展风光核水电、潮汐能等清洁能源。在国家的电力消纳体系中,火电是作为“应急电源”或一部分“调节电源”存在。在川渝水电电力紧缺时,火电起到了关键作用。

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水力发电过程就是充分利用水往低处流的自然规律,将水的势能转换为机械能、电能的过程。简单来说,就是在水位落差大的河流修建大坝和水电站,把水流引入水电站,冲击水轮机或水车旋转,带动发电机转子旋转,电就发出来了。

水力发电需要630m³的水,才能产生1度电。因为对水需求大,水电有个明显特性,就是“夏丰冬枯”。川渝缺电,就是因为干旱缺水,“夏丰”变“夏枯”。此外,我国的水电丰沛的西南地区因地理位置原因,电站大多是径流式,有多少水发多少电,把水电局限性再次放大。

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光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能,主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成。主要部件由电子元器件构成,太阳能电池经过串联后进行封装保护,可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件,就形成了光伏发电装置。一块250瓦的光伏板,在阳光下晒4个小时的等效时长,才能产生1度电。

光伏发电能耗低,但是成本高,并且光伏板受气候影响也比较大。高温天会损害光伏板,阴雨天和晚上无法发电等。

风力发电是利用风力带动风电机组风车叶轮旋转,将风能转化为机械能,发电机再将机械能转化为电能。风力发电机组输出的电能,通过集电线路输送到风电场升压站,升压站升压后再输送到电网,就变成了千家万户可以使用的清洁风电了。2MW的风机以额定速度转一圈,3.5秒约发出1.94度电,转半圈才能产生1度电。

风力发电站多风速有要求,但风速低于3m/秒或者高于25m/秒时,风电机组就会停机待命。和水力发电、光伏发电一样,都是“靠天吃饭”。

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核电站与火电站的发电方式极其相似,主要区别就是锅炉不一样,核电站的"锅炉"是核反应堆,或者说是"核锅炉"。简单来说,核燃料在“反应堆”的设备内,发生裂变而产生大量热能,再用处于高压力下的水把热能带出,在蒸汽发生器内产生蒸汽,蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转,电就源源不断的产生出来。

核电站发电需要利用核燃料,目前商用核电站的燃料主要是铀,铀燃烧后几乎零排放,一千克铀235相当于一个鸡蛋大小,约可以发电2280万度,相当于深圳三分之二家庭的日用电量。虽说铀也是核弹的燃料,但是核弹和核电站所需铀的浓度不同,前者要求铀的纯度达到90%以上,而核电站的铀仅需纯度3%左右。

所以核电站不会像核弹一样爆炸,而且清洁、高效、经济,成为各国争相布局的方向。据悉,一座百万千瓦级核电站一年相当于减少燃煤约300万吨,减少排放二氧化碳600万吨,二氧化硫2.6万吨,氮氧化物1.4万吨,烟灰3500吨。这相当于每年新种植了1.7万公顷树木。

整合编辑,来源:国际能源研究中心、杭州绿碳咨询

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