为啥世界大部分国家的电压都是220伏?

一、为啥世界大部分国家的电压都是220伏?目前世界上使用220伏电压的国家有120多个,而使用110伏电压的国家(地区)仅有30多个。那么究竟使用110伏电压好,还是使用220伏电压好呢?造成世界大部

一、为啥世界大部分国家电压都是220伏?

目前世界上使用220伏电压的国家有120多个,而使用110伏电压的国家(地区)仅有30多个。那么究竟使用110伏电压好,还是使用220伏电压好呢?造成世界大部分国家使用220伏电压,而只有少数国家使用110伏电压的原因是什么呢?

问题一:使用110伏电压好,还是使用220伏电压好呢?

答案:当然是使用220伏电压好。

过去在这个问题上有一误区,说使用110伏比220伏安全。其实这是不对的,中学学过物理的都知道,关于人体触电后是否安全有两个决定因素。

首先,人体可接受的安全电压是36伏。这就是说无论的110伏,还是220伏都是不安全的。换言之,这两种电压都是可以电死人的,尽管前者比后者电压低了一倍。

其次,人触电后是否致死,并非施加在人体的电压,而是通过人体的电流强度和作用的时间。人体能够承受的安全电流是10毫安(1安培等于1000毫安)。一般我们家用的220V电流通常不超过63安培。若导线截面积相同,110V的电流比220V要大一倍,即126安培。换言之,无论是110伏还是220伏电压,供电线路中的电流远远超过人体可接受的安全电流,且因110伏的电流值是220伏的两倍,对人体造成的危害更大。

另外,110伏电压的供电成本要高出220伏。因为确保输电损失最小就需大幅度降低线路中输电电流值,而降低电流的有效手段就是增大输电导线的横截面积,也就是使导线变粗,致使输电线路成本提高。换言之,110伏输电电缆要比220伏粗得多。从这个角度来看,220伏与110伏相较,显然具有成本上的优势。

问题二:为何大多数国家用220伏,而少数国家仍用110伏?

答:因220伏电压供电较110伏更合理,更经济,故大多数国家用220伏。少数国家仍用110伏系历史原因的结果,并非这些国家的意愿。

说到历史原因,不得不从发明电的美国说起。1879年,美国科学家爱迪生(Thomas Alva Edison)发明了第一个电灯泡,且他当时美国推广使用的是110伏电压的直流电。1894年,特斯拉(Nikola Tesla)发明了交流电,且为3相240伏。因当时电气技术水平的限制,一是出于安全考虑,二是与爱迪生推广的直流电压值保持一致,故把交流电电压降到了110伏。因美国使用的是英制12进制单位,故将交流电的标准频率确定为 60赫兹。但因那时用电设备的载荷不高,故电力传输损耗问题并未凸显出来。

托马斯·阿尔瓦·爱迪生和尼古拉·特斯拉

后来欧洲各国也开始用电,且经科学家们进一步研究发现,110伏电压供电传输损失太大,若将电压翻倍后传输,损失就会大大减少。除了“线路消耗小,传输得更远”之外,220伏电压还有一个好处就是电线成本低。于是乎,欧洲制定的供电电压标准就是220伏,且因使用公制单位(10进制),故交流电的标准频率确定为50赫兹。

此时的美国人也意识到其原来制定的110伏/60赫兹的供电标准显然劣于欧洲标准,也想改为220伏供电体制。然,此时为期已晚。若要强行更改电压规格,不但要付出更换供电系统的巨大代价,而且会使企业和平民现役电器和设备成为废品,必会激起民怨,故只能作罢。

所以当今仍在使用110伏供电体制的国家除了美国之外,就是临近美国的国家,如加拿大、墨西哥、古巴等。日本因早年从美国引进的110伏/60赫兹供电系统,故也一直沿用至今未变。台湾之所以仍110伏是台湾自甲午战争后沦为日本殖民地的原因。

二、为何风力发电在欧美被视为“垃圾电”,而在中国却仍正在大力发展?

“风力发电”是人类找到的一种可再生清洁能源,且由欧美国家首先尝试使用。现代风电的工作原理就是利用与航空旋翼类似的桨叶,风经过叶片时,空气的流动会导致扇叶两边产生压力差(伯努利效应以及扇叶迎风角度导致产生压力差),从而使风机扇叶发生转动。因风力驱动风机扇叶的速度远远小于发电机所需的转速,故通过风机变速箱中的齿轮提高其转速。如功率为600千瓦的风力发电机,风力驱动扇叶转速仅为19~30转/分,但变速机可将其放大50倍左右,达到1500转/分。

风电发动机工作原理

2005年,中国在风电行业落后西方10年的情况下开始发展,仅用5年时间,就追赶上欧美国家15年的发展进程,成为世界风电第一大国。

然,自2018年起,美国却开始呼吁世界各国停止使用风力发电设备,且与风电强国瑞典、荷兰、澳大利亚等开始对自己国家中的风力发电设备进行拆除。德国曾计划在2030年之前实现绿色能源发电达到全国总供电量的65%,可在民众的反对声中,风力发电量锐减,创下了20年以来的新低。令人不解的是,这些欧美国家曾大力支持中国发展风电行业,不仅为中国提供技术,而且还主动贷款支持中国风电行业的发展。然,当中国风电行业发展起来后,欧美国家却开始唱衰风力发电,这是为何?

1、对环境的不利影响

风在驱动了扇叶后,风力就会变小。这将在一定程度上扰乱气流,导致局部地区的气候变化。扇叶的转动,会让周围的温度上升0.24摄氏度左右。扇叶的转动对周围气流的扰动,会导致扇叶后方或者下方的水蒸气减少、降水减少,进一步影响当地的生态环境。

2、对人类和生物的不利影响

扇叶转动会产生的次声波,且其对人类的睡眠会造成影响。如澳大利亚很多居住在风电设备附近的居民时常出现晚上无法入睡的情况。

另外,风电扇叶的转动将会造成鸟类的死亡。据美国相关机构统计,现存约5万台风力发电机每年造成了57.3万只鸟类命丧发电机的扇叶。

3、经济效益不佳

这才是欧美国家放弃风电的真正原因,尤其是欧洲国家。

首先是投入和产出相较不划算。虽然风电在原料上无需投入,但风电的建设和后期维护成本很高。加之风力发电的“逆调峰性”没有得到解决,使风电运行的效益大打折扣。逆调峰性是因风电的发电量取决于风速的大小而无法调节。这就导致发电与用电之间可能会存在“矛盾”。即白天用电高峰时风力小供电量不足,而夜间用电量低谷时风力却很大,发电量过剩。

虽然欧洲各国均给予风电补贴和免税政策,但实际运行的结果表明仍很不划算。欧洲国家的人口本来就不多,用电需求也没有那么大,风电供电占比又小,与其每年花费巨资去维修保养,不如拆了划算。

其次是自然条件不给力。风力发电完全靠自然风,即对自然条件依赖很大。欧洲近些年的气候并不乐观,海上风速降低,频繁的超高压天气状况导致风力发电机长期处于停摆状态。

第三是国土面积的限制。一个风电所需面积约2/3个篮球场,且为防相互干扰,两个风电相距不能低于500米。欧洲各国国土面积就不大,能满足建设风电的地区就更少了,这也限制了欧洲风电规模的扩大和效益的发挥。

4、风电设备老旧

美国抛弃风电的原因与欧洲各国有所不同。其主要原因是上世纪安装的风电设备使用已超过70年。因设备老旧、技术落后、安全隐患等问题,美国必须在更新风电设备或彻底抛弃风电中作出选择,且最终选择的是后者。使美国抛弃风电的另一个原因是,之前很多安装风电设备的地方现在都成了居民区。当地居民对风电噪音等环境影响已无法忍受。

在欧美国家纷纷抛弃风电的大趋势下,中国却“逆向而行”大力发展风电的原因何在?

首先,作为人口大国和制造大国,中国对电能的需求量极大。面对石油、煤炭等传统资源的匮乏和被“卡脖子”的风险,中国政府对利用风电、光电这样的可再生能源的政策坚定不移。

其次,使用风电这样的清洁能源对减少二氧化碳温室排放将起到明显的效果。欧美国家遇到的风电对环境、人类和自然界影响的问题在中国基本可忽略不计,因为中国风电装备安装大都在人烟稀少的地区。

第三,中国风能资源十分充足,国家气象局估算,全国风能密度为100瓦/平米,风能资源总储量约1.6X105兆瓦。

强风资源也很集中,它们集中出现在东南沿海及附近岛屿、内蒙古和甘肃走廊、东北、西北、华北和青藏高原等部分地区。这些地区每年风速达到3米/秒以上的时间有将近400小时左右,这些区域地广人稀,风能资源充足,十分有利于大规模建设风能发电机,高效利用丰富的风能资源。

我国的风电技术日渐成熟,不但发电可用率达到了95%以上,而且风电设备的制造也已局世界第一。目前最大的两台5兆瓦直驱式风力发电机均为中国制造,单台风力发电机一天的发电量足以供应50个家庭正常使用两年。这两台风力发电机分别安装在荷兰和中国。

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