热能发电原理(电力百科之电能产生的最初环节——发电类型及原理)

Posted 2023-06-02

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热能发电原理(电力百科之电能产生的最初环节——发电类型及原理)

发电是电能产生的最初环节，它是利用发电动力装置将一些能源转换为电能。

一般来说，电力是用多少发多少，不能多发，也不能少发，因为目前的电力系统是没有储存环节的，因为目前要做到大容量低成本储存除了抽水蓄能以外比较困难。

所以，用电主要靠调度，调度会提前下发调度计划，发电厂根据调度计划调整出力。

发电原理

电力生产的发电环节是利用电能生产设备将各种一次能源或其他形式的能转换为电能。

生产电能的主要方式有火力发电、水力发电、核能发电、地热发电、风力发电、太阳能发电、潮汐能发电、生物智能发电和燃料电池发电等。

火电站

除太阳能发电的光伏电池技术和燃料电池发电外，绝大部分发电方式的电能生产设备都是由动力部分和发电部分组成。

动力部分就是将各种发电用能源转化成机械能，发电部分则将传递过来的机械能经过电磁感应作用转换为电能。

发电类型

生产电能的主要方式有很多，可以按能源的种类分为火力发电、水力发电、风力发电、核能发电及其他能源发电。

01火力发电

火力发电，利用煤、石油、天然气等固体、液体、气体燃料燃烧时产生的热能，通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式。

火电厂示意图

原理：火力发电一般是指利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的总称。以煤、石油或天然气作为燃料的发电厂统称为火电厂。

02水力发电

水电是将水能转换为电能的综合工程设施：一般包括由挡水、泄水建筑物形成的水库和水电站引水系统、发电厂房、机电设备等。

水库的高水位水经引水系统流入厂房推动水轮发电机组发出电能，再经升压变压器、开关站和输电线路输入电网。

水力发电

原理：水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，也就是利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电力。

03风力发电

风力发电是把风的动能转为电能。

风力发电装置

原理：把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度(微风的程度)，便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。

04核能发电

核电站与火电站发电过程相同，均是热能—机械能—电能的能量转换过程，不同之处主要是热源部分。

火电站是通过化石燃料在锅炉设备中燃烧产生热量，而核电站则是通过核燃料链式裂变反应产生热量。

核能发电原理

原理：核电站是利用原子核内部蕴藏的能量产生电能的新型发电站核电站大体可分为两部分：一部分是利用核能生产蒸汽的核岛、包括反应堆装置和一回路系统：另一部分是利用蒸汽发电的常规岛，包括汽轮发电机系统。

核电站就是将原子核裂变（或聚变）所释放的核能转变为电能的系统和设备。原子核反应堆类型不同，核电站的系统和设备也有所不同。

05其他能源发电

除了上述的种发电类型外，还存在其他的能源发电：生物质能发电、潮汐能发电、太阳能热发电等等。

新能源种类

说到发电就不能不说新能源，新能源是指可以循环利用的清洁资源。新能源包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。

太阳能

太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，像是太阳能热水器、太阳灶等等就是太阳能热利用技术。

太阳能

风能

风力发电是常用技术，国家能源局数据显示2020年1-11月份，全国新增风电并网装机2462万千瓦，比上年同期多并网投产816万千瓦，风电装机增速不断加快。

风能

生物质能

生物质能，其实就是一些适合于能源利用的生物质，比如林业剩余物、农业剩余物、城乡固体废物（生活垃圾、餐厨垃圾、果蔬垃圾）和畜禽粪便等。人类历史上最早使用的能源就是生物质能了。

目前我国主要生物质资源年产生量约为34.9亿吨，生物质资源作为能源利用的开发潜力约为4.6亿吨标准煤，当前利用量仅为0.6亿吨标煤，未来生物质能源化利用潜力巨大。

生物质能

氢能

化学知识也有学过，水（2H2O）可以分解成为氢气（2H2）和氧气（O2），所以制氢的原料主要就是水，完全无污染，是一种前景广阔的清洁燃料。

氢能

潮汐能

我国海岸线长达14000公里，有丰富潮汐能。但潮汐发电技术是低水头水力发电技术，容量小，造价比较高。

潮汐能

新能源的优势

新能源最大的优势就是更环保，不会像化石燃料会在燃烧时产生大量污染物。（不过新能源发电设备和系统的制造和建设过程中也会产生能源消耗和污染。）

而且化石资源是有限的，不可再生。而新能源可以说是不会枯竭，具有无限量可再生、运行维护量小等优点。

新能源的弊端

虽然新能源的优势较多，但它也有无法忽略的弊端。

技术不成熟：新能源发电设备和系统的发电成本偏高，目前发电能量转化效率也比较低，但是我相信随着科技的发展，这些在未来都不会是问题。

需因地制宜：因为新能源资源大部分都需要靠该地区的地理情况决定，比如优质的风电、光电资源普遍分布在西北，而用电需求集中在东南沿海，新能源发电较难覆盖真正的需求，而且长距离的输电也会增加成本。

自然资源不可控：新能源发电可以算是看天吃饭，因为你无法控制日照、风吹、潮汐的强度和频率，只能被动接受。

而目前的电力系统没有储存环节，所以极有可能出现发电的时候用不了，需要用电的时候发电量又达不到，非常影响生活质量。

所以远期来看，储能技术的发展是解决新能源发电不可控性的方法，和新能源自身的技术水平一样，都需要持续的长期的投入，并非短期可见成效之事。

新能源的发展情况

虽然新能源有诸多弊端，但它中长期的发展前景还是很好，因为新能源既可以解决人口增长带来的能源需求，也可以降低能源生产中对环境造成的影响。

2015年与2020年新增电力装机结构对比

从表中可以看到，并网风电、太阳能发电新增装机占2020年新增发电装机总容量的62.8%，已经连续四年成为新增发电装机的主力。

预计未来，可再生能源发电装机占我国电力总装机的比例将超过50%。可再生能源在全社会用电量增量中的占比将达到三分之二左右，在一次能源消费增量中的占比将超过50%，可再生能源将从原来能源电力消费的增量补充，变为能源电力消费的增量主体。

发电能源占比

目前世界各国电力工业发广泛采用的发电方式是火力发电、水力发电和核能发电，而火力发电则包括燃煤发电、燃油发电和天然气发电。

2011～2020年全国发电量结构（单位：亿千瓦时）

2020年能源占比

可以看到，截止到2020年，火电还是我国发电的主力，占比达到了69%。

中国发电企业

中国五大发电集团是指中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、国家能源集团公司、中国电力投资集团公司。

五大发电集团

国家能源集团：神华+国电合并产生的巨无霸，火电一哥。
华能：原来的老大哥，现在是二哥了，发电均衡。
国家电投：新能源、清洁能源领先。
大唐、华电：两个差不多。

2017年五大集团财务指标

从数据中也可看到，国家能源集团是稳稳的一哥，利润总额远超另外四家发电集团。

四小发电豪门，各自特点：

中广核：以核能发电为主。
华润电力：华润集团的子公司，上市公司。
国投电力：国投集团的子公司，上市公司。
国华电力：前神华下属，现国家能源集团下属，火力发电原料不用愁。