上学时候学的物理都忘干净，今天突然有个想法，大家看看问题出在哪？
2024-11-19 阅读 76
更新于 2024年11月21日
虽然这是个太基础的问题了，但就冲着题主画了幅这么漂亮的图，我也要回答下这个问题。因为这幅画表明题主是很认真的在问。
一、最简单直接的回答由于能量守恒，你寄予希望的 “只要发电机组产生的电量高于抽水机消耗的” 这种情况是不会发生的。所以，你的目标无法实现。
其实这种装置真实的在我国存在着，而且为数不少，这种装置叫做“抽水蓄能电站”。只不过，由于能量总是有损耗的，所以，抽水蓄能电站的效率不会特别高，但毕竟能够作为一种主流的电能储存方式，效率也不是很糟糕。大概抽水蓄能电站的效率能达到75%左右。也就是说，如果消耗100度电抽上来的水，当需要用电的时候，这些水能够发出大约75度电。所以，这肯定是一个亏本的生意，只不过很多时候为了确保电网的平衡，以抽水蓄能的方式储存电能还是目前最主流的方式，毕竟大规模的电能储存是世界级难题。
感兴趣的朋友可以找找自己所居住的城市附近是否有抽水蓄能电站。北京最早的抽水蓄能电站是十三陵水库的蟒山抽水蓄能电站，可以去到电站的天池参观，好像是10块钱的门票，大家感兴趣可以去看看。十三陵水库的抽水蓄能电站被称为北京最后一根火柴，当年的条件下如果北京城市电网因为各种原因导致电网解裂停摆，那么启动恢复电网所需的电能就要靠 “这一池春水” 了。
北京十三陵抽水蓄能电站山上面的天池这是山下面的十三陵水库二、物理一点的回答既然题主的物理学都忘干净了，那么我这里物理一点的回答也干脆直说大白话吧。
物理学研究的是自然界万事万物发展变化的最基础规律的科学。由于自然界的事物变化实在太复杂了，物理学家也不是超人，也无法直接处理过于复杂的情况，因此，他们研究出来的物理学的一个特点就是——能够简化问题。而其中一种简化的方式就是寻找复杂变化过程中不改变的东西。这样的东西在物理学中叫做守恒量。
能量这玩意就是物理学家本着这个目的研究出来的一个物理量。大量物理实验证明，这个被定义为能量的物理量还真的在复杂变化中守恒。所以，下图中题主所设想的“产生的电量高于消耗的电量”这种情况就没戏了，因为电量就是一种能量，而能量这玩意是守恒的，不会凭空增加。
题主漂亮的图片守恒是守恒，但这个守恒指的是总的能量不变，可是能量的组成结构却总在变，比如电能转化为动能、动能能转化为引力势能、弹性势能之类的。最讨厌的就是能量这玩意在各种转化过程中总要偷偷分出一部分转化为我们人类不太方便利用的一种形式——热能，尤其是那种散失到大自然界（如空气、海洋湖泊等）的热能。这种热能我们人类基本就无法再直接利用了。
正是由于能量的这个讨厌的特性，我们人类的一切设计好的、有意义的生产过程都会伴随着不可避免的能量损耗（跑到大自然界而无法再利用的能量），这也是没办法的事情。
因此，要想维持题主这个不断循环的 “抽水-发电” 装置，不仅不能获得额外的能量，还需要不断的补充电能。这就是你问的 “出问题之所在”。
最后补充一句，物理忘光了也没关系，物理理论本就是物理学家研究出来用最简单的形式来讨论复杂变化的东西。所以，你只需要在知乎上随便问问，尤其是要给人一种很认真的在问的感觉，就会有人不厌其烦的给予回答，这种最简单的物理理论形式 —— 能量守恒 —— 就会重新传回到你的头脑中了。
如果一颗星球的引力很奇怪——早上是1个g，晚上就只有0.8个g了，那我们确实可以利用晚间电机抽水、早上放水发电来产生额外的净电力输出。
甚至，如果一个系统的物理规律不满足时间平移不变性，那它就没有能量守恒项，我们真的可以提取出很多很多的能量，用在我们需要的地方！
然而，我们这颗星球、乃至这个宇宙都不存在这种条件[一滴泪]
只要发电机组产生的电量高于抽水机消耗的问题就在这，不是说你在图上多画几个发电机发电量就能超过抽水机耗电量的
水在经过第一组发电机的时候，因为要推动发动机的转轮，被减速了。假设这个发电机效率是100%，即能把水的所有（由势能转化而来的）的动能，全部转化成电能，那么水在经过第一组发电机后，水的速度就是0了。后面的发动机计算输入势能的时候就只能从上一组的出口算起。
打个比方，发动机就是吃进去势能，拉出电能的装置，前面发电机吃进去的势能越多，后面能吃到的势能就越少。
题主，你到底理清你自己问题没？
在山上修水库，把水抽上去，不是为了发电，而是为了储能。这叫储能项目，不是水电站项目。
估计你奇怪的是，建个那么高的水库，用电力把水抽上去，再将水放下来发电，这绕了一圈，从电到电，不是白折腾？你的意思，大概是这指这个吧？
水库储能项目
我见你题中画了一张图，估计不是手机上操作的。如果你用的是台式机，可以直接用交流电。但如果用的是笔记本电脑，或平板，后面必配了一个电池。所有可移动电子设备上，都有电池。路上跑的电动汽车，电瓶助力车，都有电池。这些电池，就是在充电时，将电能转化为化学能，存在电池中。使用时，再将化学能转化为电能，驱功电子设备或车辆。
你所说的近来修建的水库，就是一个超大的电池，所不同的是，将电能转化为高处水的势能。同时，长江或其它河流上的大型水力发电站，其所配的水库，也是一个超大的电池。
那么为什么要建这些超大的电池呢？这就涉及到电力的供给与需求不匹配的问题。电能生产出来后，上了电网，有用户在使用，电能就可以通过用户，转化机械能，驱动设备，进行生产。或用于照明、取暖等其它用途。当用电需求超过供电量时，就会出现电压偏低，灯泡变暗，设备带不动等问题，如夏天高温或冬天严寒时，所有的空调全在使用，就会出现供电不足。电网只能供电，不能储电，发出电没人用，就会浪费掉，这就是电力部门的硬伤。
为了避免这种现象，国家的发电能力一般要留有一个余量，即发电厂发电组中的70%左右设备工作，就可以保证白天电网中电压的稳定，满足所有用户的用电需求。晚上时，工业用电少了，就再将发电量随之下调。为了平衡供需之间的曲线，电力部门实施了浮动价格制，一是超量用电，要加收额外的电费，二是依白天和夜晚，实施峰电和谷电不同的收费标准，鼓劲消费者错峰用电。这些措施的目的，就是要让用电需求曲线趋缓，以与电力生产曲线保持同步。
太阳能、风能出现后，作为新能源，国家有补贴政策，一是项目前期建设资金的支持，二是形成电力生产能力后，通过并入电网，由电力部门来消化这些新的电力，并制定较高的收购价，以维持新能源项目的运营。由于太阳能和风力受天气的影响，发电量具有更大的不确定性，就对电网的稳定形成了新的冲击。
太阳能发电为之，国家开始实施大规模的水电储能项目，就是通过将多余的电力，转化为水库中的水的势能，储存到水库之中。如晚上利用谷电抽水，白天利用峰电供电，与火力发电形成互补，既保证了火力电厂的均衡发电，使设备的利用最大化，也可充分吸纳风力和太阳发电的供给能力。
风力发电当然，水库的功能，除了储电外，还有水利本身的功能，如保证本地的用水，尤其是北方缺水地区，相当于在城市周边备了几个超大的水缸，以补充农业和城市用水的不足。
除了水库储电项目，还有空气储电项目，也在建设中。见过氧气瓶吧，里面的气压可达5个标准大气压，将氧气释放出来，通过一种涡轮装置，就可以发电。山体的溶洞，盐矿开采后形成的岩穴，就是一个超大的氧气罐，利用电力，将空气压入，达到足够的压力，就相当于将电能转化为空气能。逆向操作，就可以发电后再并网。与水库的储能原理相同。
应该说明白了吧。国家在没有多少水资源的山上修水库，不是为了发电，而是为了储电，同时也可以利用多雨季节，保存水资源，缓解本地的用水困难。
说点儿题外话，太阳能、风力及水力发电，这种叫新能量、清洁能源以及可再生能量。火力发电虽还是主体，但比例正在逐年降低。火力发电要烧煤、或石油，这些都是不可再生的资源，是地球在几十亿年中形成的，越用越少。而且在燃烧过程中，还会有大量的碳排放，造成地球气温的上升，影响气候等因素，使人类面临从来没有过的生态压力。
地球上的能源，绝大部分来自太阳，地热除外。森林草原及农作物通过光合作用，将光能转化为生物能，留在地球上。以江南地区最好的农田为例，一季水稻加一季麦子，年产量约一吨，故叫“吨粮田”。太阳能的吸收和转化率约为12%。即最好的农田，只能吸收太阳能的12%左右，其它的光能，全反射入空中。但太阳能板，通过光电效应，却可以将接近20%的光能转化电能，电能并网后可以直接使用。
在这个层面上，大片的西北地区雨水少，土地贫脊，不适合农业。但光照充分，风力大，正好可以用来建设新能源项目。用得好，相当于从另一个角度把西部，通过现代技术，变成了“塞上江南”。而且，吐鲁番的葡萄，哈蜜的瓜，草原上的牛羊，要通过长距离的运输，才能运到人口绸密的东南一带，期间会产生很高的运输成本。但西部生产的太阳能，风能并入电网，一瞬间就可以到达江苏、广东等用电大省，而且超高压远程输送，损耗极少。国家这些年大量的电网建设，全球NO.1，战略用意，正在此处，故我华夏复兴，指日可待。
