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電力知識圖譜—電力環(huán)節(jié):發(fā)電發(fā)電是電能產(chǎn)生的最初環(huán)節(jié),它是利用發(fā)電動力裝置將一些能源轉(zhuǎn)換為電能。 一般來說,電力是用多少發(fā)多少,不能多發(fā),也不能少發(fā),因為目前的電力系統(tǒng)是沒有儲存環(huán)節(jié)的,因為目前要做到大容量低成本儲存除了抽水蓄能以外比較困難。 所以,用電主要靠調(diào)度,調(diào)度會提前下發(fā)調(diào)度計劃,發(fā)電廠根據(jù)調(diào)度計劃調(diào)整出力。 發(fā)電原理 電力生產(chǎn)的發(fā)電環(huán)節(jié)是利用電能生產(chǎn)設(shè)備將各種一次能源或其他形式的能轉(zhuǎn)換為電能。 生產(chǎn)電能的主要方式有火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、潮汐能發(fā)電、生物智能發(fā)電和燃料電池發(fā)電等。? 圖一 火電站 除太陽能發(fā)電的光伏電池技術(shù)和燃料電池發(fā)電外,絕大部分發(fā)電方式的電能生產(chǎn)設(shè)備都是由動力部分和發(fā)電部分組成。 動力部分就是將各種發(fā)電用能源轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,發(fā)電部分則將傳遞過來的機(jī)械能經(jīng)過電磁感應(yīng)作用轉(zhuǎn)換為電能。 發(fā)電類型 前面也說了,生產(chǎn)電能的主要方式有很多,可以按能源的種類分為火電發(fā)電、水電發(fā)電、風(fēng)電發(fā)電、核能發(fā)電及其他能源發(fā)電。 火力發(fā)電 火力發(fā)電,利用煤、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能,通過發(fā)電動力裝置轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電方式。 圖二 火電廠示意圖 原理: 火力發(fā)電一般是指利用石油、煤炭和天然氣等燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能來加熱水,使水變成高溫、高壓水蒸氣,然后再由水蒸氣推動發(fā)電機(jī)來發(fā)電的方式的總稱。以煤、石油或天然氣作為燃料的發(fā)電廠統(tǒng)稱為火電廠。 水力發(fā)電 水電是將水能轉(zhuǎn)換為電能的綜合工程設(shè)施:一般包括由擋水、泄水建筑物形成的水庫和水電站引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、機(jī)電設(shè)備等。 水庫的高水位水經(jīng)引水系統(tǒng)流入廠房推動水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)出電能,再經(jīng)升壓變壓器、開關(guān)站和輸電線路輸入電網(wǎng)。 圖三 水力發(fā)電 原理: 水力發(fā)電的基本原理是利用水位落差,配合水輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力,也就是利用水的位能轉(zhuǎn)為水輪的機(jī)械能,再以機(jī)械能推動發(fā)電機(jī),而得到電力。 風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電是把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)為電能。 圖四 風(fēng)力發(fā)電裝置 原理: 把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動能,再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,這就是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電的原理,是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn),再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升,來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。 依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù),大約是每秒三米的微風(fēng)速度(微風(fēng)的程度),便可以開始發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮,因為風(fēng)力發(fā)電不需要使用燃料,也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。 核能發(fā)電 核電站與火電站發(fā)電過程相同,均是熱能—機(jī)械能—電能的能量轉(zhuǎn)換過程,不同之處主要是熱源部分。 火電站是通過化石燃料在鍋爐設(shè)備中燃燒產(chǎn)生熱量,而核電站則是通過核燃料鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)產(chǎn)生熱量。 圖五 核能發(fā)電原理 原理: 核電站是利用原子核內(nèi)部蘊(yùn)藏的能量產(chǎn)生電能的新型發(fā)電站核電站大體可分為兩部分:一部分是利用核能生產(chǎn)蒸汽的核島、包括反應(yīng)堆裝置和一回路系統(tǒng):另一部分是利用蒸汽發(fā)電的常規(guī)島,包括汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。 核電站就是將原子核裂變(或聚變)所釋放的核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿南到y(tǒng)和設(shè)備。原子核反應(yīng)堆類型不同,核電站的系統(tǒng)和設(shè)備也有所不同。 其他能源發(fā)電 除了上述的種發(fā)電類型外,還存在其他的能源發(fā)電: 生物質(zhì)能發(fā)電、潮汐能發(fā)電、太陽能熱發(fā)電等等。 新能源發(fā)電 說到發(fā)電就不能不說新能源,新能源是指可以循環(huán)利用的清潔資源,聽上去好像很空泛,不是很懂。那么下面就是重點(diǎn)啦。 新能源種類 新能源包括了太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、核聚變能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出來的生物燃料和氫所產(chǎn)生的能量。其中: ?太陽能: 圖六 太陽能 太陽能的利用有光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換兩種方式,像是太陽能熱水器、太陽灶等等就是太陽能熱利用技術(shù)。 ?風(fēng)能: 圖七 風(fēng)能 風(fēng)力發(fā)電是常用技術(shù),國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示2020年1-11月份,全國新增風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)2462萬千瓦,比上年同期多并網(wǎng)投產(chǎn)816萬千瓦,風(fēng)電裝機(jī)增速不斷加快。 ?生物質(zhì)能: 圖八 生物質(zhì)能 生物質(zhì)能呢,其實就是一些適合于能源利用的生物質(zhì),比如林業(yè)剩余物、農(nóng)業(yè)剩余物、城鄉(xiāng)固體廢物(生活垃圾、餐廚垃圾、果蔬垃圾)和畜禽糞便等。人類歷史上最早使用的能源就是生物質(zhì)能了。 千萬不要小看生物質(zhì)能,目前我國主要生物質(zhì)資源年產(chǎn)生量約為34.9億噸,生物質(zhì)資源作為能源利用的開發(fā)潛力約為4.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,當(dāng)前利用量僅為0.6億噸標(biāo)煤,未來生物質(zhì)能源化利用潛力巨大。 ?氫能: 圖九 氫能 初中化學(xué)知識也有學(xué)過,水(2H2O)可以分解成為氫氣(2H2)和氧氣(O2),所以制氫的原料主要就是水,完全無污染,是一種前景廣闊的清潔燃料。 ?潮汐能: 圖十 潮汐能 我國海岸線長達(dá)14000公里,有豐富潮汐能。但潮汐發(fā)電技術(shù)是低水頭水力發(fā)電技術(shù),容量小,造價比較高。 新能源的優(yōu)勢 新能源最大的優(yōu)勢就是更環(huán)保,不會像化石燃料會在燃燒時產(chǎn)生大量污染物。(不過新能源發(fā)電設(shè)備和系統(tǒng)的制造和建設(shè)過程中也會產(chǎn)生能源消耗和污染。) 而且化石資源是有限的,不可再生。而新能源可以說是不會枯竭,具有無限量可再生、運(yùn)行維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。 新能源的弊端 雖然新能源的優(yōu)勢較多,但它也有無法忽略的弊端。 技術(shù)不成熟: 新能源發(fā)電設(shè)備和系統(tǒng)的發(fā)電成本偏高,目前發(fā)電能量轉(zhuǎn)化效率也比較低,但是我相信隨著科技的發(fā)展,這些在未來都不會是問題。 需因地制宜: 因為新能源資源大部分都需要靠該地區(qū)的地理情況決定,比如優(yōu)質(zhì)的風(fēng)電、光電資源普遍分部在西北,而用電需求集中在東南沿海,新能源發(fā)電較難覆蓋真正的需求,而且長距離的輸電也會增加成本。 自然資源不可控: 新能源發(fā)電可以算是看天吃飯,因為你無法控制日照、風(fēng)吹、潮汐的強(qiáng)度和頻率,只能被動接受。 之前也提到,目前的電力系統(tǒng)沒有儲存環(huán)節(jié),所以極有可能出現(xiàn)發(fā)電的時候用不了,需要用電的時候發(fā)電量又達(dá)不到,非常影響生活質(zhì)量。 所以遠(yuǎn)期來看,儲能技術(shù)的發(fā)展是解決新能源發(fā)電不可控性的方法,和新能源自身的技術(shù)水平一樣,都需要持續(xù)的長期的投入,并非短期可見成效之事。 新能源的發(fā)展情況 雖然新能源有諸多弊端,但它中長期的發(fā)展前景還是很好,因為新能源既可以解決人口增長帶來的能源需求,也可以降低能源生產(chǎn)中對環(huán)境造成的影響。 圖十一 2015年與2020年新增電力裝機(jī)結(jié)構(gòu)對比 從表中可以看到,并網(wǎng)風(fēng)電、太陽能發(fā)電新增裝機(jī)占2020年新增發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?2.8%,已經(jīng)連續(xù)四年成為新增發(fā)電裝機(jī)的主力。 預(yù)計未來,可再生能源發(fā)電裝機(jī)占我國電力總裝機(jī)的比例將超過50%。可再生能源在全社會用電量增量中的占比將達(dá)到三分之二左右,在一次能源消費(fèi)增量中的占比將超過50%,可再生能源將從原來能源電力消費(fèi)的增量補(bǔ)充,變?yōu)槟茉措娏οM(fèi)的增量主體。 發(fā)電能源占比 目前世界各國電力工業(yè)發(fā)廣泛采用的發(fā)電方式是火力發(fā)電、水力發(fā)電和核能發(fā)電,而火力發(fā)電則包括燃煤發(fā)電、燃油發(fā)電和天然氣發(fā)電。 圖十二 2011~2020年全國發(fā)電量結(jié)構(gòu)(單位:億千瓦時) (數(shù)據(jù)來源:國家統(tǒng)計局、國家能源局、中電聯(lián)) 圖十三 2020年能源占比 可以看到,截止到2020年,火電還是我國發(fā)電的主力,占比達(dá)到了69%。 中國發(fā)電企業(yè) 老百姓絕大多數(shù)人只見過兩大電網(wǎng)公司。發(fā)電公司,只有行業(yè)內(nèi)認(rèn)識,這里再介紹下以發(fā)電為主的的五大四小發(fā)電公司(集團(tuán))。 圖十四 五大發(fā)電集團(tuán) 中國五大發(fā)電集團(tuán)是指中國華能集團(tuán)公司、中國大唐集團(tuán)公司、中國華電集團(tuán)公司、國家能源集團(tuán)公司、中國電力投資集團(tuán)公司。
圖二 2017年五大集團(tuán)財務(wù)指標(biāo) 只找到2017的財務(wù)指標(biāo)報告,但從中也可看到,國家能源集團(tuán)是穩(wěn)穩(wěn)的一哥,利潤總額遠(yuǎn)超另外四家發(fā)電集團(tuán)。 四小發(fā)電豪門,各自特點(diǎn):
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