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電力趣事 | 趣味電學原理系列(六)不同種類的發電廠是怎麼發電的?

上次我們已經說過發電機發電是利用弗萊明右手法則的

。實際上,由於導體在磁力線中進行旋轉運動,因此會隨時間產生出大小和流動方向如波浪一般,且反覆變化的電流。產生的電壓在電線與磁力線呈90°相切時最大,而電線與磁力線朝同方向180°時電壓為0,在270°時會再次變為最大(反向),而在360°的地方時會變為0。總的,電線運動一週產生的是一個波形的電壓。

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由此,

我們可以看出發電機生產出來的電是交流電

。這種電也是發電廠送到千家萬戶插座裡的電。由於導體在磁力線中旋轉1次就會產生1個波,導體每秒迴轉50次,同樣產生50個波,即為頻率為50Hz的電。中國家庭插座的電壓為交流電220V,這種電力的波最大值約為311V。220的值代表有效值,這是直流電執行相同工作時的電壓值。換句話說,

對同一電阻施加直流電220V時所產生的熱量,和施加交流電220V所產生的熱量相同

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說完發電機的發電原理,我們再來聊聊發電廠中幾種不同的發電方式。

發電廠或者藉助水力帶動水車旋轉,或者藉助火力或核能所產生的蒸汽使汽輪機運轉

,再利用汽輪機所產生的力使發電機運轉從而產生電力。

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其中,

水力發電指的是在水的所在地以能量使水車旋轉,再使與其聯結的發電機運轉

。根本上,水力發電是利用水的位能來發電的。常見的如水壩式發電,它是在比較高的場所蓄水,再由此使水流下,以推動與發電機相連的水車來發電。水力發電再開始或停止發電以及發電量的增減上較為容易控制,可以根據不斷變化的電力需求量來控制發電量。此外,在電力需求量較小的時間段,可以使用水泵將水抽上來,作為位能儲存起來。

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火力發電仍然是當今發電量最多的發電方式。

火力發電指的是用石油或煤等燃料,使水變為蒸汽,帶動汽輪機運轉,再使與其聯結的發電機運轉

。種類眾多,包括傳統蒸汽動力發電、內燃動力發電、燃氣渦輪發電以及複迴圈發電等。

這裡我們來選擇其中幾種來了解一下。

傳統蒸汽動力發電以鍋爐燃燒石油、煤、天然氣等燃料,產生高溫高壓蒸汽後,再以蒸汽產生的力轉動和發電機相連線的汽輪機進而發電

。其中,用於發電的蒸汽,用冷凝器冷卻後變成水再送回鍋爐。

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燃氣渦輪發電是煤油、輕油等氣體來推動燃氣渦輪發電

。在此基礎上,複迴圈發電方式結合了傳統燃氣動力發電和燃氣渦輪發電,先以燃氣渦輪機發電,再以排氣的熱產生蒸汽,使蒸汽渦輪機運轉發電,這樣一來,發電效率大大提高。

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核能發電指的是利用核物質進行分裂時所產生的熱使水轉變為蒸汽,推動汽輪機運轉,再使與其聯結的發電機運轉

。在反應堆中,用鈾進行核分裂時產生的熱製造高溫高壓的蒸汽,再帶動汽輪機運轉從而發電。中子和鈾235碰撞後,原子核會分裂成兩個,此時會發射出數箇中子並釋放出熱量。接著中子又會繼續和其他的鈾235發生碰撞,引起核分裂,併產生大量熱能。

電力趣事 | 趣味電學原理系列(六)不同種類的發電廠是怎麼發電的?

核能以此熱能製造蒸汽,和火力發電一樣,利用蒸汽推動汽輪機來發電。在反應堆中利用吸收中子的控制棒和減慢中子速度的緩和劑來控制核分裂,調節反應堆的產出。

還有一種被人“詬病”的發電方式就是風力發電。

風力發電就是利用風力來推動風車,以風車產生的力使發電機運轉從而發電

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風車發電用的風車種類儘管有很多種,

但共同的特點就是葉片巨大

。其中最常被使用的是風能利用效率高的螺旋槳型風車。此類風車以風車翼來迎風,並引發迴轉運動,再借由加速器來提升迴轉速度以使發電機運轉。此外,風車頂部的風向計用來計測風的狀態,透過調整螺旋槳的方向或風車翼角度至最佳狀態,以期更充分地利用風力。

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