電力如何傳送到我們家中？電網/電力傳輸/高壓電纜一文解構｜星島教室

每日，電力宛如一位隱形夥伴，在我們的生活中扮演着舉足輕重的角色。但你有沒有想過，這些電力是如何從發電廠傳送到我們家中？這一切都取決於一個精心設計的輸電和供電系統。這個系統就像一條巨大的「電力高速公路」，確保電能能夠快速、安全地送到每一個需求的地方。發電廠產生的電力經過變電站，然後通過高壓電線傳輸，最後順利送抵我們的家庭，讓我們日常能夠隨心所欲地使用電力，讓生活更舒適便利。

電網系統

電力的傳奇故事，始於神奇的發電廠。電能是通過各種形式的能量轉換而產生的。比如，火力發電廠利用燃燒煤、天然氣或石油來加熱水，產生蒸汽，驅動發電機。要把電力從發電廠輸送到用戶端，需要一個稱為「電網系統」的輸電網絡。當電力在發電廠被生產出來後，首先經過「輸電系統」這一通道，這是用來傳輸高壓電力的設備。電力經過長距離的輸送後，進入「配電系統」，在這里電壓被降低至適合日常使用的水平，最後通過電線進入用戶端。這個系統需要高效的設備及精密的控制技術，確保電能可穩定輸送。高壓電纜和變壓器的應用都是這個系統不可或缺。

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高壓電纜

在輸電過程中，電力需要通過高壓電纜進行長距離傳輸。「高壓電纜」是輸電系統中的核心部件。它的特殊設計和材料使它能承受高電壓並減少能量損耗。在傳輸過程中，電流的流動會產生熱量，這種熱量主要來自電流本身。如果電流過高，熱量就會大幅增加，導致大量能量浪費。為了減少熱量產生，電力公司通常採用「高壓低電流輸送」的方式，通過提升電壓來降低電流。

此外，高壓電纜的外層包裹特殊絕緣材料，如橡膠或塑料，能防止電流洩漏或造成安全問題。電纜內部的導電金屬（如銅或鋁）亦具有良好導電性能，確保電力高效傳輸。

電壓提升與變壓器

「變壓器」在電力傳輸中扮演了至關重要的角色。它主要發揮兩大用途：升壓和降壓。在發電廠附近，電力會通過升壓變壓器將電壓提升至數十萬伏特（例如110000伏特或更高），以便進行長距離輸送。高電壓的應用能有效減少電流，從而降低輸電過程中的能量損失。當電力接近用戶端時，電壓須被降低至適合日常使用的水平。這時，電力會通過降壓變壓器，將高壓電降低至220伏特或110伏特，這就是我們家中插座所使用的安全電壓。

特高壓輸電技術

隨着科技的迅速發展，傳統的高壓輸電技術已無法滿足現代社會對電力的需求。因此，「特高壓輸電技術」應運而生。「特高壓輸電技術」是指交流1000千伏及直流±800千伏以上的輸電方式。與高壓相比，特高壓具有更高的傳輸效率和更低的線路損耗。例如，1000千伏特高壓交流和±1100千伏特高壓直流的輸電距離，分別是500千伏輸電線路的4倍和5倍，而線路損耗僅為25%。這令電力可以在更長距離內有效輸送，特別適用於跨區域電力傳輸。加上特高壓的電纜容量更大，一條特高壓電纜的輸電能力相當於數條普通高壓電纜，傳輸效率更高。

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中國特高壓輸電系統

中國幅員遼闊，能源寶藏（水能、風能、太陽能）大多蘊藏於廣闊的西部地區，而用電大戶則集中在繁華的東部沿海。傳統的電網系統面對數千公里的超遠距離，也顯得力不從心，損耗過大，難以滿足日益增長的電力需求。所以，中國的特高壓輸電系統主要用於將西部和北部的電能送往東部和中部的消費集中地，充分發揮了其距離遠、損耗低的獨特優勢。近日，國家宣布雅魯藏布江水利工程即將展開，該項工程位於青藏高原東部，大壩將由5座梯級水力發電廠組成，預估每年可以發電3000億千瓦，電力透過特高壓輸電系統外送至中國其他地區，兼顧西藏地區民生需求。

自2009年首個特高壓工程投入運行以來，中國已建成19條特高壓交流和20條特高壓直流線路，總長度超過40000公里，總輸送電量超過30000億千瓦。這些工程有效支持「西電東送」的能源配置戰略，將西部的可再生能源輸送到需求集中的東部地區。這提升了電力供應安全及有效避免大面積停電事故。

特高壓輸電技術的發展須克服許多技術挑戰，如高海拔和無人區的施工。然而，通過數十年的研究和實踐，中國已成為全球特高壓技術的領導者，建立了世界上最先進的特高壓試驗研究體系。

電力傳輸是一個複雜而精密的過程，涉及多種技術和設備的協同工作。從發電廠到我們的家庭，電力的每一步傳輸都需要精心設計和控制。隨着特高壓技術的發展，我們的電力供應將變得更高效和可靠。未來，中國將繼續推進特高壓技術的創新發展，並探索與智能電網和清潔能源的結合，以應對日益增長的電力需求和環境挑戰。

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小思考，大智慧

1. 特高壓輸電技術有何主要優勢？
2. 中國的特高壓輸電系統主要用於解決甚麼問題？

參考答案

1. 特高壓輸電技術具有更高傳輸效率和更低線路損耗。特高壓輸電距離，大約是高壓輸電的4至5倍，而線路損耗僅為25%。
2. 中國的特高壓輸電系統主要用於將西部和北部的電能送往東部和中部的消費集中地，充分發揮其距離遠、損耗低的優勢。這一系統有效支持「西電東送」的能源配置，將西部的可再生能源輸送到需求集中的東部地區。

本欄逢周四刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。

文：九龍真光中學STEM統籌主任林震東