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生活科普:人類(lèi)為什么愛(ài)用電
發(fā)布時(shí)間:2022-11-28
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01

你知道嗎,我國(guó)正在建造的第三艘新航母將會(huì)采用艦船“全電推進(jìn)”即“綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)”作為艦船的動(dòng)力方式。

中國(guó)新航母想象圖

什么意思呢?簡(jiǎn)言之就是用主機(jī)先發(fā)電,電力再供應(yīng)給電機(jī)推進(jìn)。好處嘛,因?yàn)楹侥笗?huì)安裝電磁彈射器這類(lèi)“耗電大戶(hù)”,如果主機(jī)專(zhuān)門(mén)進(jìn)行發(fā)電,電磁彈射器用電的問(wèn)題就可以一并解決了。

電磁彈射器示意圖

拉開(kāi)清單,現(xiàn)在世界上使用全電推進(jìn)系統(tǒng)的有如下船只:

圖片

對(duì)于全電推進(jìn)的好處:更敏捷的變速,更澎湃的推背感,這點(diǎn)跟電動(dòng)汽車(chē)很像。那對(duì)于軍用艦船來(lái)說(shuō),大功率雷達(dá)、電磁彈射,以及未來(lái)陸續(xù)登場(chǎng)的電磁炮、激光武器等無(wú)一例外都是耗電大戶(hù),全電系統(tǒng)自然就具有優(yōu)勢(shì)了。

先進(jìn)的動(dòng)能殺傷武器——電磁炮

既然電推這么好,世界上的艦船是不是早就該都使用電推了呢?其實(shí)早在一戰(zhàn)時(shí)期,美國(guó)就在大型主力艦船上嘗試使用電推了:新墨西哥級(jí)、田納西級(jí)、科羅拉多級(jí)這種大型戰(zhàn)列艦們先后都使用了電推系統(tǒng),這甚至都是20世紀(jì)20年代的事了。

美國(guó)科羅拉多級(jí)戰(zhàn)列艦

然而到了二戰(zhàn),美國(guó)的各型主力戰(zhàn)艦又都回到了用主機(jī)直接通過(guò)長(zhǎng)長(zhǎng)的軸帶動(dòng)螺旋槳推進(jìn)的方式。這是為什么呢?究其原因,就是先用主機(jī)發(fā)電,再用電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的這個(gè)機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能,電能再轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過(guò)程,會(huì)有不可避免的能量損耗,從而降低了整體的能源利用率,不如幾個(gè)大齒輪+一根大軸機(jī)械傳動(dòng)來(lái)的爽快、高效。所以后世的艦船也好,坦克也好,汽車(chē)也好,大多還是使用了簡(jiǎn)單直接的機(jī)械傳動(dòng)。

機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖

那現(xiàn)在怎么“全電推進(jìn)”概念又復(fù)興了呢?無(wú)非是前面講過(guò)的那些新設(shè)備“用電大戶(hù)”的剛性需求以及性能靈活度等其他好處,跟能量來(lái)來(lái)回回轉(zhuǎn)化損耗所帶來(lái)的壞處之間博弈的結(jié)果。

02

說(shuō)到“電推”,近幾年發(fā)展迅速的消費(fèi)級(jí)民用電動(dòng)汽車(chē)肯定是繞不開(kāi)的話題。事實(shí)上,那種大型的電動(dòng)公交車(chē),在我們的城市里不知不覺(jué)中普及的更早。

北京的"中國(guó)紅"純電動(dòng)公交車(chē)開(kāi)跑長(zhǎng)安街

但到了個(gè)人私家車(chē)領(lǐng)域,大家就會(huì)非常認(rèn)真地審視它的“效費(fèi)比”了(畢竟花的是自己的真金白銀)。在電池、操控等技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)步,以及國(guó)家“低碳環(huán)?!闭叩难a(bǔ)貼支持下,才出現(xiàn)了今天的蓬勃發(fā)展。

國(guó)家電網(wǎng)電動(dòng)汽車(chē)充電場(chǎng)站

說(shuō)到“低碳環(huán)?!保蠹业哪X海里會(huì)不會(huì)冒出這樣的問(wèn)題:電動(dòng)車(chē)“燒”電是不排碳,但現(xiàn)在我國(guó)的主要發(fā)電方式還是燃煤發(fā)電啊,這樣碳不還是在照排么?

這個(gè)嘛,只能說(shuō)先將你的私家車(chē)的能源使用接入電網(wǎng),然后再優(yōu)化電網(wǎng)源頭的發(fā)電模式,用核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能、生物質(zhì)等清潔能源逐步替代傳統(tǒng)火電。只有先聯(lián)網(wǎng),才更方便整體進(jìn)行優(yōu)化嘛~

其實(shí),這個(gè)靠網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的模式早在上上次工業(yè)革命時(shí)就已經(jīng)開(kāi)始了??伎即蠹遥?9世紀(jì)后半葉發(fā)生的“第二次工業(yè)革命”,其標(biāo)示性的技術(shù)是什么?就是電力和內(nèi)燃機(jī)。

四沖程三缸發(fā)動(dòng)機(jī)工作示意圖

事實(shí)上,德國(guó)的保時(shí)捷博士早在20世紀(jì)初就曾打造出過(guò)電動(dòng)賽車(chē),但電動(dòng)車(chē)并未因此而出現(xiàn)普及,內(nèi)燃機(jī)還是在此后占據(jù)了海陸空各種載具的動(dòng)力核心地位,這說(shuō)明它在單個(gè)載具上的能量使用功效和方便程度都比電力來(lái)得要好。那電力的優(yōu)勢(shì)是什么呢?網(wǎng)絡(luò)化!

03

如果從外太空俯瞰地球,人類(lèi)文明最直觀的標(biāo)志是什么?就是那密布在大地上的璀璨燈光,而發(fā)出這些燈光的主力都是城市。

中國(guó)夜間燈光分布圖

伴隨著“第二次工業(yè)革命”,城市化和電力化是同步進(jìn)行的,因?yàn)榇蠹抑饾u都聚集到了城市里,就不用每家每戶(hù)都裝一臺(tái)發(fā)電機(jī)了,而是使用一張共享的電網(wǎng)。另外,與之同步的供水、排污、交通、物流等要素,在城市出現(xiàn)了聚集共享的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng),從而大幅提高了人們的生活水平乃至平均壽命。

20世紀(jì)30年代的紐約街道夜景

以光速傳播的電,不管是作為能量還是信息的載體,都是極其高效的存在,唯快不破嘛。而且電流如水流,有著極好的通用性,利用電來(lái)組建的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),從一輛汽車(chē)到一艘艦船再到一座城市,這個(gè)系統(tǒng)越大越復(fù)雜,要實(shí)現(xiàn)的功能越多,電的優(yōu)勢(shì)就越明顯。

上海外灘夜景

在蒸汽時(shí)代,人類(lèi)曾嘗試過(guò)打造通用計(jì)算機(jī),但未能成功。到了電力時(shí)代,我們終于成功了!這證明了電確實(shí)是人類(lèi)至今為止發(fā)現(xiàn)的最好用的組網(wǎng)工具。不過(guò)反過(guò)來(lái),我們也可以理解為:人類(lèi)之所以那么喜歡用電,很大的動(dòng)力就是有將各種系統(tǒng)組網(wǎng)的強(qiáng)烈傾向。在技術(shù)細(xì)節(jié)上,比如電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī),電傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng),曾經(jīng)一度在單體競(jìng)爭(zhēng)中都是后者占據(jù)優(yōu)勢(shì),但隨著技術(shù)的升級(jí),只要雙方能夠打成平手,電的組網(wǎng)優(yōu)勢(shì),就讓人們往往開(kāi)始傾向于使用電能了。

利用激光雷達(dá)進(jìn)行的電力線路巡檢作業(yè)

總結(jié)下來(lái),人們用電,就是為了“上網(wǎng)”。這不光在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代是這樣,電力時(shí)代到來(lái)時(shí)就是這樣。只不過(guò)現(xiàn)在人們是將信息網(wǎng)絡(luò)化,那時(shí)是將能量的使用網(wǎng)絡(luò)化,現(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)的普及也是將能量的使用進(jìn)一步網(wǎng)絡(luò)化。

所以說(shuō),生命在于“用電”,生命在于“上網(wǎng)”~O(∩_∩)O~

英大傳媒中國(guó)電力出版社有限公司 設(shè)計(jì)制作中心 吳迪



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