您家一個月用多少電？200度？500度？800度？夠心疼了吧！可您敢信嗎？這世上有些設(shè)備，一啟動就能吞掉咱全家?guī)资甑碾姡〗裉煸蹅円黄饑Z嘮世界上耗電最多的五大設(shè)備。

電弧爐：鋼鐵工業(yè)的靈魂

19世紀末，法國的Héroult老先生搗鼓出了這玩意兒，專門用來回收廢鐵廢鋼的。

但正巧趕上碳化鈣市場行情一路看漲，就改行去生產(chǎn)碳化鈣了。

沒想到后來在1906年，被用到煉鋼上了，最終發(fā)展成了現(xiàn)代化的大規(guī)模煉鋼工藝。

它就像個大熔爐，爐子里有兩個石墨電極，通上電后，電極和爐料之間就會產(chǎn)生一道能達到3000℃高溫電弧，把廢鋼之類的爐料熔化，再進行一系列的冶金反應(yīng)，最終煉成鋼水。

和傳統(tǒng)的高爐比起來，電弧爐可以更靈活地調(diào)節(jié)爐內(nèi)的氣氛，想要煉啥樣的鋼，就能煉啥樣的鋼。

工作中的電弧爐

而且現(xiàn)在煉鋼對環(huán)保要求越來越高，電弧爐能更好地控制排放，比傳統(tǒng)高爐更環(huán)保，更節(jié)能。

但再節(jié)能，它也是個電老虎，生產(chǎn)1噸鋼，電弧爐大約要消耗380-500度電，大概是一個五口之家一個月的用電量。

目前世界上最大的電弧爐，是意大利制造的420噸直流電弧爐。

配備了420噸鋼包精煉爐和雙真空脫氣系統(tǒng)，主要用來生產(chǎn)低碳鋼、超低碳鋼和高級脫氧鋼，年產(chǎn)能達到260萬噸。

煉鋼是地球上污染最嚴重的行業(yè)之一，約占全球二氧化碳排放量的8%

就算是按照最低耗電量來算，滿負荷一次需要159600度電，相當于一個五口之家36年的用電量。

咱們國內(nèi)制造的最大電弧爐是350噸，出口到了土耳其。

雖然咱們也能自主建設(shè)電弧爐，在業(yè)界內(nèi)的地位也不低，但是咱們的電弧爐平均利用率只有60%，在技術(shù)應(yīng)用和運營效率方面，咱們還得繼續(xù)努力追趕。

信息來源：1、析測試百科網(wǎng).《真空電弧爐的歷史與發(fā)展》
2、ZBTECH官網(wǎng).《國內(nèi)最大350噸電爐發(fā)往土耳其港口獲客戶一致好評》

電弧爐熔煉過程中產(chǎn)生的爐渣

離子對撞機：探索宇宙奧秘

上個世紀物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，想要真正了解原子內(nèi)部的奧秘，就要把原子核給“撞開”看看。

離子對撞機能讓離子以極高的速度互相碰撞，撞出一些全新的粒子，讓我們能看到比原子還小的微觀世界。

通過研究這些微觀粒子，我們可以更深入地了解宇宙的起源和物質(zhì)的構(gòu)成，還可能發(fā)現(xiàn)新型能源和材料。

不過在加速粒子時，粒子加速器要消耗大量的電能。

因為咱們需要用強大的電磁場來推動粒子加速，還得維持極低的溫度，才能讓超導(dǎo)磁體正常工作。

電子離子對撞機將把電子和質(zhì)子碰撞在一起（示意圖）

歐洲核子研究中心（CERN）的大型強子對撞機（LHC），是世界上最大的離子對撞機，周長足有27公里。

CERN實驗室一年下來，平均要用掉12-13億度電，這相當于一個23萬人口的城市一年的用電量。

而LHC作為CERN主要的用電設(shè)備，用電量占了CERN總用電量的55%。

咱們國家的第一臺離子對撞機是北京正負電子對撞機（BEPC），1988年10月16日實現(xiàn)了首次正負電子束對撞。

雖然規(guī)模比不上LHC，但它為咱們的高能物理研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

LHC 的緊湊型 μ 子螺線管探測器

咱們正在規(guī)劃建設(shè)全球最大的離子對撞機——環(huán)形正負電子對撞機（CEPC）。

CEPC計劃建造一個周長100公里的地下隧道，是LHC的近4倍，用來加速電子和正電子，從而產(chǎn)生大量的希格斯玻色子。

目前已經(jīng)完成了技術(shù)設(shè)計報告，計劃今年就提交項目建議書。

如果一切順利，預(yù)計2027年開建，2035年完工。

信息來源：1、歐洲核子研究中心（CERN）官網(wǎng).《環(huán)境意識：管理和優(yōu)化CERN的電力消耗》
2、歐洲核子研究中心（CERN）官網(wǎng).《中國未來環(huán)形對撞機的設(shè)計》

歐洲核子研究中心

核動力航母：遨游海洋的霸主

別看航母在海上威風八面的，但它真是個燒錢的主兒，足夠讓一個小國傾家蕩產(chǎn)。

二戰(zhàn)后航母的地位一度下滑，結(jié)果朝鮮戰(zhàn)爭一爆發(fā)，噴氣式艦載機往上一飛，大家伙兒又意識到這玩意兒的重要性了。

后來英國人搗鼓出了光學(xué)助降裝置、蒸汽彈射器、斜角飛行甲板這些新技術(shù)。

美國人一看，這好啊，把這些東西一整合，給整出了福萊斯特級航母。

再后來核潛艇的核動力技術(shù)也成熟了，美國海軍索性給航母也裝上“核心”。

福萊斯特號航空母艦

核動力航母的續(xù)航能力可不是按海里算的，而是按年，甚至十年來算的。

一口氣跑個二三十年都不用加核燃料。

世界上只有美國和法國擁有核動力航母。

美國的福特級航母配備了兩臺A1B壓水堆，每臺反應(yīng)堆的熱功率高達700兆瓦。

其中最耗電的是它的電磁彈射系統(tǒng)。

每次彈射都要用掉40到70度電。

核燃料顆粒垂直堆放在長長的金屬管中，為商用核反應(yīng)堆提供動力

在一天24小時的高強度戰(zhàn)斗中，它最多可以完成270次彈射，僅彈射系統(tǒng)一天就要耗掉10800-18900度電，而這還只是它總耗電量的一部分。

雖然咱們現(xiàn)在還沒有核動力航母，但咱們正在四川樂山建一個陸基核反應(yīng)堆原型，專門研究水面艦艇的動力系統(tǒng)。

這被看作是咱們開發(fā)核動力航母的關(guān)鍵一步。

而且咱們正在研究的釷基熔鹽反應(yīng)堆，理論上比美國現(xiàn)在用的鈾燃料更安全、更高效。

咱們的釷儲量非常豐富，滿足未來2萬年的能源需求。

信息來源：1、維基百科.《USS Forrestal》
2、armyrecognition.《獨家：中國加速核動力航空母艦研發(fā)衛(wèi)星圖像證實進展》

釷礦

托卡馬克：高溫等離子體的磁力籠

上世紀50年代，蘇聯(lián)的老科學(xué)家們就開始琢磨托卡馬克。

他們想弄清楚太陽是怎么發(fā)光發(fā)熱的，想著能不能在地球上也造個小太陽。

托卡馬克，簡單來說就是用磁場把等離子體關(guān)起來的裝置。

當把氣體加熱到特別高的溫度，電子就能跑出來，變成帶電的粒子，這就是等離子體。

在這種狀態(tài)下，氫原子就能抱團，融合成氦原子，釋放出巨大的能量，這就是核聚變了。

那這有什么用呢？

TEXTOR 燃燒室

說白了就是為了解決能源問題。

咱們現(xiàn)在燒煤、燒油，污染嚴重，資源也有限。

核聚變就不一樣了，它用的燃料是氫的同位素，地球上海水里就有大量的氘，幾乎取之不盡，用之不竭。

而且核聚變本身不會產(chǎn)生大量的放射性廢物，相對來說更清潔。

但要在地球上造個能穩(wěn)定運行的小太陽可不容易，最大的難題就是能量。

核聚變聚變反應(yīng)示意圖：氘核（D）和氚核（T），聚變形成氦核（H）

托卡馬克需要消耗大量電能來維持等離子體的運行，這就像燒開水，火不夠旺，水就燒不開。

托卡馬克到底有多耗電呢？

我給你說個例子，現(xiàn)在世界上最大的在運行的托卡馬克裝置是由日本和歐盟合作的JT-60SA。

它能把氣體燒到1億度以上，未來甚至能超過2億度。

為了維持這么高的溫度，JT-60SA每小時只能運行100秒，耗電量相當驚人。

日本和歐盟合作的JT-60SA

正在法國建設(shè)的國際熱核聚變實驗堆（ITER），是個更大的電老虎。

ITER的目標是，輸入50兆瓦的能量，產(chǎn)生500兆瓦的能量。

但這會導(dǎo)致總耗電量會更高，大概在11萬到62萬度電之間。

咱們中國最早的托卡馬克裝置是引進蘇聯(lián)的技術(shù)，后來自己也搞出了EAST。

EAST在2006年開始運行，最近還創(chuàng)造了一個世界紀錄，成功實現(xiàn)了1066秒的高約束等離子體運行。

信息來源：維基百科.《托卡馬克》

EAST反應(yīng)堆

激波風洞：航空航天研究的試驗場

說起風洞，你可能覺得離生活很遙遠。

但實際上，大到飛機、火箭，小到汽車、高鐵，它們在設(shè)計之初，都離不開風洞的測試。

風洞就像一個空氣動力學(xué)的試驗場，工程師們在這里能控制各種氣流條件，把飛行器的模型放進去，模擬各種飛行狀態(tài)，科學(xué)家們就能仔細觀察氣流對飛行器的影響，收集大量數(shù)據(jù)，然后不斷優(yōu)化設(shè)計方案，提高飛行安全性。

降落傘在風洞進行測試

不過風洞開一次，用電量也是個天文數(shù)字。

就拿咱們的JF-22來說，它跑起來的瞬時功率能達到15000兆瓦，相當于75%的三峽大壩裝機容量。

它每次試驗只持續(xù)130毫秒，但一次完整的試驗下來大約要用掉541萬度電，電費大概975萬元左右。

為什么風洞這么耗電？

原因很簡單，就是要“暴力”地模擬飛行器在超高音速飛行時的極端環(huán)境。

萊特兄弟風洞復(fù)制品

傳統(tǒng)的風洞用風扇吹風，但對于高超音速飛行，這種方法根本不夠用。

所以科學(xué)家們就發(fā)明了激波風洞。

激波，你可以想象成是空氣分子被瞬間壓縮到一起形成的墻，就像爆竹爆炸或者大炮發(fā)射時產(chǎn)生的那種沖擊波。

激波風洞就是利用這種激波來壓縮和加熱氣體，從而產(chǎn)生超高音速的氣流。

產(chǎn)生激波的方式有很多種，有的是用加熱氣體，有的是用活塞驅(qū)動，而咱們國家獨辟蹊徑，用的是爆轟驅(qū)動。

超音速飛機產(chǎn)生的可見的沖擊波

爆轟，說白了就是可控的爆炸。

通過精確控制爆炸，產(chǎn)生強大的能量，驅(qū)動風洞運行。

這種方法能量是巨大，但難度也極高，稍有不慎就會發(fā)生事故。

所以長期以來，國外的科學(xué)家都盡量避免使用爆轟驅(qū)動。

但咱們的科學(xué)家硬是把“不能用”的爆轟變成了“可用”和“好用”的驅(qū)動能源。

信息來源：1、Aerotime.aero.《中國將啟用“世界最快”高超聲速風洞》
2、搜狐新聞《央視官宣30馬赫風洞，驅(qū)動功率是三峽的75%，又一個國之重器！》