一度电 5 角钱:你买下的力气,能把一吨水举上 120 层楼
钩子:电费单上 5 角/度,买下的是把 1 吨重物举上 367 米(约 120 多层楼)的力气,而人一天吃饭只有约 2.3 度电。附一度电等价换算台(对数刻度 0.01-1000 度,六联读数+电价输入)。
面向普通人的能源与电网连载:按一下开关只要半两力气,背后是地球上有史以来最大的机器在毫秒级重新平衡——这一季跟随一度电的一生:它怎么出生(火/风/光/核)、怎么在电网上走钢丝(频率/调度/特高压/大停电/黑启动)、怎么在储能里睡觉(抽蓄/电池/氢),以及下一代的电从哪来(聚变/EROI)。每页一个可亲手玩的交互实验:一度电换算台、卡诺效率计算器、风机功率台、光伏损失瀑布、能量密度天梯、电网频率平衡模拟、鸭子曲线调度台、输电损耗计算器、级联雪崩推演、黑启动指挥台、储能套利计算器、油电对抗计算器、氢能效率链、聚变 Q 值换算台、EROI 净能天平。5 角钱买 367 米的力气——插座背后是一座机器星球。
作者: 灏天
钩子:电费单上 5 角/度,买下的是把 1 吨重物举上 367 米(约 120 多层楼)的力气,而人一天吃饭只有约 2.3 度电。附一度电等价换算台(对数刻度 0.01-1000 度,六联读数+电价输入)。
1882 年珍珠街电站到 AI 数据中心,约三分之二的电仍是烧开水推汽轮机;卡诺定理划下 66% 天花板,工程师用 140 年爬到 47%。附卡诺效率计算器(热端/冷端双滑块,亚临界/超超临界/压水堆三档)。
台风天风机集体刹车停机——风机吃的是风速的立方:P=½ρAv³,风速翻倍功率翻八倍,贝茨极限 59.3%,切出风速 25 米/秒。附风机功率计算台(风速/叶轮双滑块+切出状态卡,SVG 风机联动)。
正午 1 千瓦阳光砸在板上到手只有 200 瓦:低于带隙不吸收约损 2 成、热化约损 3 成,晶硅极限 29.4%、单结天花板 33.7%。附光伏损失瀑布+发电账本(面积/效率/日照/温度四滑块)。
一公斤铀-235 全裂变≈2800 吨标准煤(热值口径),百万千瓦核电一年天然铀约 200 吨对煤电 240 万吨——能量密度才是核电的底气。附能量密度对数天梯(木柴到氘氚聚变八级,点选读换算)。
全国几万台发电机锁在同一个 50 赫兹节拍上:频率=发电与用电平衡的实时读数,国标 ±0.2 Hz,三道防线一次调频/AGC/低频减载。附电网频率平衡模拟(刚性 K 滑块+四档扰动,SVG 频率轨迹;教学简化模型)。
电不能排队:每一秒发电量必须等于用电量。光伏把负荷曲线画出鸭子肚子——正午压净负荷、傍晚 3 小时爬坡 13 吉瓦量级。附鸭子曲线调度台(光伏占比+储能充放滑块,净负荷实时重画;教学简化模型)。
输电的算术是平方:电压抬 2.2 倍电流降同倍、发热损耗降 4.84 倍;吉泉线 ±1100 千伏/1200 万千瓦/3293 公里是世界之最。附输电损耗计算器(功率/电压/距离三滑块,电流/损耗%/年损/折合户数;教学模型仅计直流电阻)。
2003 年 8 月 14 日一棵树碰线+报警软件失灵,两小时后 5000 万人陷入黑暗、508 台机组离网、损失约 60 亿美元——大电网的崩溃始于没人看见的失败。附级联雪崩推演(现实模式/N-1 模式双模式状态机)。应急信息以官方渠道为准。
全城黑透之后,发电厂自己也要电才能发电——第一度电从柴油发电机和黑启动预案开始,九步接力把电网从零拉回,恢复负荷要一次一小口。附黑启动指挥台(九卡排序闯关+贪快惩罚负荷恢复)。应急信息以官方渠道为准。
电网最大的充电宝是两座水库:还 4 度收 3 度(往返效率 75-80%),丰宁 360 万千瓦全球最大;2024 年中国新型储能 73.76 GW 首次反超抽蓄 58.69 GW。附储能套利计算器(装机/时长/峰谷价/效率/循环数,盈亏分界 1/η)。教学口径,不构成投资建议。
1 公斤汽油 44 兆焦对 1 公斤满电电池约 1 兆焦,名义差 44 倍;系统级折算缩到约 15 倍,而补能功率鸿沟(加油 10 兆瓦对超充 350 千瓦)靠『睡前插枪』绕过。附油电对抗计算器(载体质量+双能耗滑块,续航/有效功/补能时长)。
用电制氢再发电:电解 70%×压缩储运 90%×燃料电池 55%×电机 90%≈31%,100 度电到车轮剩 30 度——但化工原料与跨季搬运是电池背不动的场景。附氢能效率链计算器(四级滑块连乘+三场景判定;教学简化口径)。
2022 年 NIF 靶增益 Q=1.54 首次点火,但按墙插电约 300 兆焦口径 Q≈0.01——科学可行与工程可行隔两个数量级,ITER 的 Q=10 才是入场券。附 Q 值换算台(靶口径/墙插口径双模式三读数;教学简化模型)。
第一季收官:EROI=产出÷投入,水电 50-100+、风光 15-25、玉米乙醇 1-1.3 几乎白干;社会系统门槛约 5-15(口径敏感)。附 EROI 净能天平(对数滑块+六种能源预置档)+ 全季三幕回顾,预告第二季。