电力18 • 电力文苑

时光中的精灵

2022-01-28 00:00:00
电力18讯:

  一

  什么是电?

  十几年前,山西娘子关电厂职工刘慈欣要创作一部关于“球状闪电”的文学作品。这种散发着淡蓝光芒又出没无踪的球体,有时人畜无害,有时又具有强大的杀伤力。它来自何方,能否为人所用?这些难题不仅困扰着那个雨夜中痛失双亲的男孩(长篇小说《球状闪电》主人公),也困扰着人类文明进程中的许多探索者和思考者。

  那翻滚于天际的沉闷雷声和划破黑幕的雪亮闪电被看作“神力”,长久地烙印在远古人类的脑海中。电,从它闪烁着降临人间的那刻起,就注定成为人类认知必须抵达的疆域。

  上万年,人们茹毛饮血,披发文身;几千年,人们日出而作,日落而息。收割作物靠的是挥舞的镰刀,锻造铁器靠的是炽热的炉火,互通信息靠的是尺素寸简。那时候,人的天地很小,自然界的威力很大。那是神话的时代,也是人类在大自然中地位渺小的时代。如果不能掌握一种强大的力量,人类将永远困在暗黑的笼中。

  18世纪中叶,一个名叫本杰明·富兰克林的人,在雨夜将闪电成功引导到风筝的金属线上,那幽蓝闪烁的“天外来客”第一次揭开了神秘的面纱。人类对于电的认识开始了。人类挣脱了农业时代的束缚,按响了工业时代的门铃。

  能源,对于人类社会发展至关重要。没有可靠稳定的能源供应,社会化大生产就无法开展,任何一种工业产品都无法批量生产,人们的衣食住行也难以改善。

  人类生活的这个星球并不缺乏能源,特别是一次能源,比如煤炭、石油、水力、风力、太阳能、生物质能、潮汐能、地热能、原子能等。这些能源总量巨大,但受到各种制约,不能充分合理地转化成方便人们使用的热能和机械能。于是,电能作为一种高效的二次能源,逐步成为能源舞台的主角。

  电力的大规模使用,促进了工业化的进程。

  电能,来自煤炭、木材、油料等燃烧或太阳辐射、地热产生的热能,风力、水力的推力,潮汐落差的势能,原子撞击、裂变后产生的动能。这些能量推动发电机叶片旋转,与磁场互动,在导线中形成电流,经过传输(或者存储后)再次转化为热能和机械能,推动各种机器运转。可以说,电能是各种能量的搬运工。

  实际上,电能因其强大的能量和不可见的形态,一度让人避之不及。在特斯拉与爱迪生关于“交流电与直流电哪个更好”的激烈争论中,电的危险性是争论焦点。为了强调交流电的危险性,爱迪生做了各种实验。特斯拉则反击:“如果直流电想远距离传输,就需要像我胳膊这么粗的电线!”

  二

  什么是电?

  电能不同于人们之前认识的任何一种能源。作为能量,无论是划破长空的闪电还是细若游丝的微弱电流,它们都能被束缚进各种金属管线和电路中。这不是一般的变化。电能彻底改变了人类生活和我们居住的这个星球。

  1879年,爱迪生研制出碳素灯丝灯泡,使灯泡的使用寿命大大延长。1891年,特斯拉在美国哥伦比亚大学演示交流电,把电力工业引进了快车道。1893年,美国芝加哥世博会向世人展示了一种“商品充斥的生活”,电话、电影、电梯、汽车、打字机等“惊世骇俗”的发明向人们传达出一种不断进步的精神及纷繁多样的可能性。现代化由此开启——这是一个电的时代。

  1882年一个仲夏之夜,上海亮起了中国大地上最早的15盏弧光灯,前来观看这个新奇玩意儿的人排队长达数里。

  中国有电的140年间,电已经深深融入中国人的生活之中。

  水、电、气是现代生活最基本的能源,三者有很大的相似之处,都使用特殊通道输送,都需要计费使用。在我国,电压是按不同等级划分的。我国已颁布的《城市电力网规划设计导则》规定:交流220~380伏为低压配电电压,这是我们常说的照明电和动力电,也是我们生活中接触到的电压等级。在此之上还有其他电压等级。

  在交流电中,10千伏为中压配电电压,主要是城乡配电网电压,配电网将电力输送到千家万户;往上,35~220千伏电压等级被称为高压,330~750千伏电压等级被称为超高压,1000千伏及以上电压等级被称为特高压。在直流输电中,±800千伏及以上的电压称为特高压直流输电。当然,随着社会的发展和用电需求的不断增加,原来的概念已经有所改变。比如,在很多经济发达地区,配电网的电压等级已经上升至110千伏甚至220千伏。

  电力从发电厂送出后,由于要远距离输送,必须经过升压和降压,有时还要交流电换直流电再换成交流电,才能在损耗尽量小的情况下提供给用电终端。简单地说,如果发电厂是A,用户是B、C、D,那么从A至B、C、D的连接就是电网。

  电压等级的不同,并不仅仅是数字上的变化。电网的安全可靠运行,必须依靠电磁学、物理学、材料学等诸多学科的精密计算和反复论证。

  三

  什么是电?

  如果从电压强弱来说,强电系统提供能量,这样的电力系统俗称“一次”;弱电系统进行电路控制,这样的电力系统俗称“二次”。强电如血液,弱电似神经。

  对于普通居民来说,电从哪里来、怎么来,并不重要,只要家里的灯能亮、电器能用就可以。而对于电力员工来说,要满足这个要求,其实并不简单。电力系统是个庞大复杂的系统,是个技术密集型系统。不要说没有经过电力专业学习的人,即使身在电力企业,隔行如隔山的情况也并不鲜见。组成电力系统的设备、零件数量庞大。100多年来,为了驯服这看不见、能量大的电,在发电、输电、变电、配电、供电、用电的每一个环节,人们都严防死守,不敢疏忽大意。

  电是有些神秘的。有时候,它就是一头被驯服的老牛,骑着也行,赶着也行,耕地也行,拉磨也行;而有时候,它却像一只蛰伏的野兽,醒目的“小心触电”“高压危险”标志让人小心翼翼、敬而远之。有时候,它在手术室中纤毫可见的亮光中,在灌溉提水的水泵里,在生产线上不知疲倦的机械手臂上,在长夜中指引归途的路灯中。有时候,它却是摧枯拉朽的力量。电,就是这么一个让人离不了又近不得的精灵。

  四

  什么是电?

  电是“尼罗河上的雷神”,是莱顿瓶中的蓝色精灵,是法拉第、马可尼、高斯、韦伯、麦克斯韦、赫兹、安培、伏特、欧姆、瓦特、爱迪生、特斯拉……在电力的大规模推广应用中,无数的探索者付出了难以想象的艰辛,取得了辉煌的成就。

  粮食和能源是人类社会发展的两大基本需求。粮食维持生存,能源支撑发展。百余年来,人类已经把天地之间数不清的能源成功驯服进一根根电线,经输送后使用。恒久的光明和温暖驱散了黑暗和寒冷。然而,无论是在电子的基本属性还是电力的高效转化利用方面,我们仍然不敢说已经了如指掌。英国科学家托马斯·杨的双缝实验令物理学家头疼不已,“人造太阳”、大规模无线输电、高效储能等美好图景仍需我们不断努力。

  1900年,英国科学家开尔文爵士在一次演讲中乐观地表示,物理学地平线上只剩下两朵乌云——黑体辐射线问题和迈克尔逊-莫雷实验。黑体辐射线问题使普朗克发现量子现象,迈克尔逊-莫雷实验成为相对论最有力的证据之一。然而,从光到电磁波再到电荷,随着探索和研究的深入,人们越接近电的本质越困惑。

  万物生长,万物相关。在牛顿眼中,万物皆“力”。在“两朵乌云”的时代,万物皆“电、磁”。在这个宏伟而瑰丽的舞台上,电的表演才刚刚开始。



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