根據能量守恆：電網每天都發那麼多電，沒人用時這些電去哪了？

前幾天筆者所在單位分公司的一個機房停電了，因為停電比較久，UPS無法支撐那麼長時間，所以只能先關機，指導完工程師關機程序後他突然冒出一句：「這UPS能把電存起來用，這電網中的電沒人用的時候到哪去了？也能存起來嗎？」

當然各位肯定要笑話物理是體育老師教的了，但各位捫心自問，一下子能想明白不？

根據能量守恆，電網中沒有多餘的電

這電網中既然沒有多餘的電，我們又是怎麼用的電呢？事實上理解起來似乎有那麼點困難，但其實非常簡單，發電機的原理是導線在磁場中切割磁力線產生感應電動勢，這個感應電動勢的方向可以用右手定則來判斷方向，但請注意，此時只有感應電動勢，卻沒有感應電流！

因為導線兩端並不是閉合迴路，所以此時導線儘管在切割磁力線運動，但卻沒有任何電能發出來，這台「發電機」也就不存在發出「多餘」的電能，但當導線的兩端接上用電器後，感應電動勢才能通過閉合迴路形成電流，此時發電機做工了，而且是用多少做多少！

當負載功率超過發電機功率後，輸出電壓下降，發電機過載發熱容易燒毀發電機，但此時發電機仍然沒有虧欠負載，仍然是發多少電用多少電！

所以在發電機-用電器組成的「電網」中，不存在多餘的電，也不存在不用電的時候電去哪裡的問題。

既然沒有多餘電能，發電機檢修或者電站檢修怎麼辦？

那麼問題來了，既然發電機用多少電發多少電，那麼發電機故障的時候怎麼辦，不是沒電用了嗎？所以此時電網的作用就體現出來了，一般的發電站都有備用機組，當發電機檢修或者電網過載時就會啟動這些機組，然後加入供電行列！

發電站檢修

當然電網功能遠不至此，當一個區域供電不足時，比如用電高峰期，或者整個發電站因為故障下線時就會調配周邊電網的電來補充，不會因為某台發電機的故障或者某個電站的故障造成區域性停電事故！當然也可能因為用電缺口實在太大，周圍沒有任何電網能補充，那麼可能會過載跳閘就會造成大停電。

電網簡易圖示

發電機是怎麼把電輸送到戶的？

一般我們停電的時候會用汽油發電機，那種手一拉就能啟動了，輸出的就是我們用的220V電壓，但很明顯發電站可不會用這種發電機，比如水力發電就是用水輪機帶動的，火電和核電就是蒸汽輪機帶動的，風力發電是風車帶動的，太陽能發電用的是光電效應！

這些發電機輸出的少說也有幾千伏比如6.3KV，高的有數萬伏，這種類型的電壓顯然是不能直接使用的，需要變壓併網，大型發電機發出的，除非特殊用途都是標準50HZ三相交流電，它可以通過變壓器改變初級次級匝數來改變電壓，但發電機併網的卻不是降壓，而是升壓！

因為發電站到用戶這邊少則幾十公里，多則上千公里，因此不提升下電壓，路上的損耗太大，畢竟線損的是電流的平方乘以電阻，那麼提高電壓即可降低電流，線損也就降低了！

到達目的地後還要變電站降壓，然後配電到各小區再降壓成380V三相電壓，其實就是單相220V，因為相線間的電壓就是380V！當然變電站也會根據區域分成多級變電。

特高壓輸電

我國的水力資源是西邊豐富而東邊匱乏，這和我國的地勢西高東低是有關係的，因此在西部水力資源豐富的區域輸送到東部發達地區，那麼數千公里的距離，必須要提高到很高的電壓才可以，因此我們發展出了特高壓輸電！

一般1000千伏（直流正負800千伏及以上）其實特高壓輸電並非中國首創，俄羅斯和美國早就有了，只是他們沒有迫切的需求，所以遲遲得不到發展，反觀中國，雖然晚了點，但我們經濟發展需要啊，特高壓技術頻頻突破，現在成了國際首首屈一指的特高壓技術的領跑者。

據估計1條1150千伏輸電線路的輸電能力可代替5～6條500千伏線路，或者3條750千伏線路；節省了鐵塔用材30%以上，節約導線50%！

當電網斷電真的是瞬間停電嗎？

其實這要看這斷電是在哪個位置，如果是在最後一個變壓器後，那麼還真是這樣，斷電後立即停電，但要是在變壓器之前，其實從理論上來看，還有在鐵芯中儲存的電能（其實像電腦類設備都有開關電源，也存在儲能的鐵氧體芯），但時間極短了，而後備式UPS就是利用這個原理來做切換的！

UPS的電池組

大部分後備式UPS是用快速繼電器作切換元件，時間是2~4ms，要求比較高的會用可控硅，這個導通時間就是微秒級了，一般都小於1微秒！

所以啊，大部分時候都有半個周期的交流電！

能把電存起來用嗎？

一般情況下，交流電都是無法存儲的，比如鉛酸電池、鋰電池、液流電池等存下的都是直流電，轉換成化學能在電池中，因此電網中要設置個存儲的儲能電站成本是極高的，因為現代電池的能量密度太低，要儲備一個家庭一天的用電量的電池得大幾萬，一般人還真用不起，而且還要用逆變設備轉換成交流電，一來一去轉換效率就剩下60%左右了！

那麼如何將電能用成本最低的方式存起來呢？

方法倒不少，因為現代風力或者太陽能等這些不穩定的來源棄風棄光太浪費了，怎麼辦？有蓄能水電站，可以將「多餘」的電能用抽水蓄能的方式，利用重力勢能將這些能量「存」起來，然後在用電高峰期放水發電補充電網！

或者可以飛輪儲能，電解水儲能，壓縮空氣儲能.......都是儲能的方式，但大規模低成本的選擇，唯有抽水蓄能，這個到現在為止仍然是最普遍的。

延伸閱讀：地球一小時有意義嗎？

這是一個全球性的節能活動，提倡在每年三月的最後一個/倒數第二個星期六當地時間晚上20:30-21:30，用戶關上不必要的電燈及耗電產品一小時！

聽上去似乎很好的一項活動，但其實這就是一個坑爹的運動，因為電網最怕這種大規模的波動，一條直線的用電最招人喜歡，忽大忽小都沒人待見！所以平時節電就可以了，不要去跟風搞什麼地球一小時活動。

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