淺談電能的輸送

劉家彬

【摘 要】電能被極其廣泛的應用于農業、交通運輸業、商業貿易、通信以及人們的日常生活中。電能不能存儲，電能的生產、輸送、分配和消費實際上是同時進行的。電力系統中，按照能量守恒定律，發電廠在任何時刻發出的功率必須等于該時刻用電設備消耗的功率和輸送分配環節中的功率損失之和。

【關鍵詞】電能輸送；線損；超高壓輸電

前言

電能是現代社會中最重要、也是最方便的能源。它可以方便的轉化為其它形式的能，例如，機械能、熱能、光能、化學能等；它的輸送和分配易于實現；它的應用模式也很靈活。因此，以電作為動力，可以大幅度提高勞動生產率。

發電廠、輸電網、配電網和用電設備連接起來組成一個整體，稱之為電力系統。

1.對電能的基本要求

電能的基本要求：可靠、保質、經濟。

可靠：是指保證供電線路可靠地工作，故障和停電的幾率較小。

保質：是指保證電能的質量，即電壓和頻率穩定。

經濟：是指輸電線路建造和運行的費用要低，電能損耗要小。

2.線損與輸送電壓的關系

電能的輸送是一個理論性和技術性很強的系統工程。電能的用戶端絕大多數都與發電廠有較遠距離，通過網狀的輸電線、變電站，將發電端和受電端連接起來，形成全國性或地區性的輸電網絡。在發電機發出電后，就地用升壓變壓器升壓，然后進行遠距離高壓輸電，在用電區域通過降壓變壓器降到用戶所需的電壓等級。

在電力系統中，發電站提供的輸出功率都是一定的，也就是說P是常量。因為任何導線都有電阻，遠距離輸電線很長，電流通過導線會產生熱，在輸電過程中勢必會造成“線損”，從而導致了功率的損失。

由于P損=I2R線路

由上式推導得出：在輸送功率（P）和線路長度（R）一定時，線路損失的功率與輸電電壓的二次方成反比。設I-輸電線電流，R-輸電線電阻。

3.減少輸電線路功率損失的方法

由上述結論可以假設，如果U取無窮大大話，那么P損也應趨近于0，此時P損可以忽略不計，但是實際應用中，受很多技術原因和材料原因的困擾，U是不可能趨近無窮大的。由上述公式推得，減小功率損失的方法有三種：

3.1減小導線的電阻R線路

由電阻定律知：

①減小材料的電阻率ρ，銀的電阻率最小，但價格昂貴，目前選用電阻率較小的銅或鋁作輸電線。②小輸電線的長度L，這種方法是不可行的，因為要保證輸電距離。③增加導線的橫截面積，可適當增大橫截面積，太粗不可能，既不經濟又架設困難。用增大輸電導線的截面積來減小電阻對低壓照明電路有效，對高壓輸電線路效果不佳。

3.2減小輸送功率P

在實際中不能以用戶少用或不用電來達到達到減少損耗的目的。

3.3提高輸電電壓U

在輸送功率P一定，輸電線電阻R一定的條件下，輸電電壓提高到原來的n倍，輸電線上的功率損耗將降為原來的 。

減小導線電阻的方法因為不能很好地實現而放棄，所以只好采用第三種用提高輸電電壓的方法來減小線損。

輸電電壓一般分高壓、超高壓和特高壓。一般稱220千伏以下的輸電電壓叫做高壓輸電，330到765千伏的輸電電壓叫做超高壓輸電，1000千伏以上的輸電電壓叫做特高壓輸電。在遠距離輸電中現在普遍采用的是高壓輸電技術和超高壓輸電技術，目前我國正在大力發展特高壓輸電技術。

4.我國特高壓技術的發展

特高壓輸送容量大、距離遠、能耗低、占地省、經濟好，與輸煤相比，輸電在效率、環保和經濟性等方面具有明顯優勢。從2004年底我國提出發展特高壓以來，我國用4年多的時間，建成了目前世界上輸送能力最大、代表國際輸變電技術最高水平的特高壓交流輸變電工程，這在我國乃至世界電力發展史上都具有里程碑意義。

目前，我國已經形成6個跨省的大型區域電網，全國聯網基本形成。國家電網公司已累計建成“三交四直”的特高壓工程網絡。

“十三五”期間，我國將加快同步電網優化升級整合，2017年全面將建成納入國家大氣污染防治行動計劃的“四交四直”和酒泉—湖南特高壓直流工程，2020年形成東部、西部特高壓交流主網架。國家電網預計到2025年，建設東部、西部電網同步聯網工程。

5.結束語

這些年來，特高壓電網已經在我國的版圖上不斷延伸，以特高壓為基礎的全球能源互聯網已經具備投產條件。要實現清潔能源大規模開發利用，必須構建全球能源優化配置平臺，即全球能源互聯網。全球能源互聯網的實質就是“特高壓電網+智能電網+清潔能源”。

【參考文獻】

[1]高中物理新課標教材·選修1-1

[2]高中物理新課標教材·選修3-1

[3]高中物理新課標教材·選修3-2

[4]國家電網“十三五”發展規劃報告