电为什么要分交流、直流?

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维尼熊

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火力发电分为三大机组,首先是锅炉机组,煤炭在这里燃烧,给水加热,目的是为了产生水蒸气。发电厂那种矮粗的水泥大烟筒实际上是冷水塔,冒出的白色气体是水蒸气。细长的烟囱冒出的才是煤烟,导致雾霾。产生水蒸气之后,热水如果都放到冷水塔比较浪费,在冬天可以直接给城市供暖,所以现在北方的火电站大多是热电厂,同时起到发电和供热的双重作用。

第二个机组是汽轮机组,由锅炉机组产生的水蒸气进入汽轮机,吹动叶片,使汽轮机以50Hz的频率旋转。这个是第一次工业革命(蒸汽动力)留给第二次工业革命(电力)的遗产。

第三个机组就是电机组,由汽轮机带动的线圈在永磁体的磁场中旋转,通过法拉第电磁感应现象产生周期性的交变电流,就是我们通常说的交流电。电机组的输出就是50Hz的交流电,进入经过电缆升压远距离传输,再用变压器降压进入千家万户。

这样为什么选择交流电就比较清楚了,因为水蒸气带动汽轮机的旋转是周期性的,使得电机里线圈在磁场中周期性转动,产生了交流电。这个是对第一次工业革命的主要动力蒸汽机的直接继承,成本要比直流发电低,效率也更高。

除了火力发电之外,有很多其他发电技术,但无论是水力发电,还是风力发电,只是把火力发电的锅炉和汽轮机组换成水流驱动或者风车驱动的叶轮机组,电机组还是一样的周期性运动,产生交流电。核电站也是把锅炉换成反应堆,把水加热烧出蒸气,汽轮机和电机组与火电站一样。

回到直流电,它的来源基本都是电池,包括太阳能发电也是靠光电池。首先效率远不如交流发电,其次成本也要高很多。所以我认为可预见的未来,电能的主导形式还是交流电,尽管在消费端直流电器占多数。

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