科普 电从哪里来？

　　电力是便于输送、分配、转换的二次能源，又是使用方便的清洁能源，煤炭、天然气、核能、水能和其他可再生能源等都可以转换为电力。电力系统是整个能源链的核心环节，让我们一同了解多彩的发电世界。

　　能源按是否转换分为一次能源和二次能源。自然界现成存在、可直接取得而不改变其基本形态的能源，称为一次能源，如煤炭、原油、天然气、水能、核能、生物质能、地热能、风能和太阳能等。由一次能源经过加工而转换成另一种形式的能源产品，称为二次能源，如电力、焦炭、煤气及各种石油制品等。

　　按是否普及分为常规能源和新能源。在现阶段已经大规模生产和广泛使用的能源为常规能源，如煤炭、石油、天然气、水能等。新能源是相对于常规能源而言的，是指在新技术基础上系统开发利用的能源，如太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能、氢能、核聚变能等。随着科技的发展，有些新能源（如核裂变能）已被广泛应用而被视为常规能源。

　　按是否再生分为可再生能源和非可再生能源。在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充或重复利用的能源称为可再生能源，如风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等。资源储量有限，随着不断开发利用终究要耗尽的能源为非可再生能源，如煤炭、石油和天然气等。

　　按是否清洁分为清洁能源和非清洁能源。在生产和使用过程中不产生有害物质排放的能源为清洁能源，如水能、太阳能、风能等；在使用中产生有害物质排放，对环境污染较大的能源是非清洁能源，如煤炭、石油等。

　　按是否为化石分为化石能源和非化石能源。由古代生物的化石沉积经长时间地质变化形成的、只供一次性使用的能源为化石能源，如煤炭、石油和天然气等；除化石能源之外的能源为非化石能源，包括水能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能等。化石能源是全球消耗的最主要能源，但化石能源是有限的，大部分将在21世纪被开采完，而非化石能源最终将成为能源开发利用的发展方向。

　　手机使用、家居生活、采暖制冷设备、快速便捷的交通工具、丰富多彩的休闲娱乐等都离不开电。作为二次能源，电与其他能源的关系是什么？

　　火力发电通过燃烧煤、油、气等化石燃料，将产生的热能转换为机械能，带动发电机产生电力。在所有发电方式中，火力发电是最早得到实际应用的方式（自1875年开始应用），也是最主要的发电方式。

　　火力发电主要包括蒸汽动力发电、燃气轮机发电和内燃机发电。蒸汽动力发电厂以燃煤为主，主要设备包括锅炉、汽轮机、发电机，燃料在锅炉中燃烧放热，将给水加热成蒸汽，蒸汽在汽轮机将热能转化为机械能，之后带动发电机发电。汽轮机排汽经过凝汽器等设备送回锅炉，连续不断生产电能。

　　蒸汽动力发电是火力发电领域的主要组成部分，技术成熟、可靠。平时所说的火电厂一般是指燃煤蒸汽动力发电厂（燃煤电厂）。

　　20世纪以来，蒸汽动力发电技术不断发展，主要体现在：发电机组单机容量不断增大，发电厂容量增加；蒸汽参数（压力、温度）提高，采用和发展超临界、超超临界参数，超超临界发电技术得到快速发展；控制技术水平持续提高；环境保护措施不断加强。蒸汽动力发电技术的发展方向是进一步降低能耗、减少污染物排放，超超临界机组实现更高参数。

　　燃气轮机发电主要使用液体燃料或气体燃料，液体燃料包括柴油、重油、原油等，气体燃料包括天然气、液化石油气、煤层气等。发电过程：燃料在燃气轮机燃烧室燃烧，燃料的化学能转化为热能，之后转换为机械能带动发电机发电。燃气轮机发电厂的主要形式是燃气—蒸汽联合循环发电。燃气轮机发电厂不断向高参数、高性能、大型化方向发展，能源综合利用效率持续提高。

　　内燃机发电燃用气体或液体燃料，主要作为孤立电源和应急电源使用。随着常规天然气、煤层气、页岩气的大规模开发，以燃气内燃机作为原动机的分布式能源供应系统将会得到快速发展。

　　中国蒸汽动力发电（燃煤发电）机组单机容量经历了从小到大的发展过程，随着单机容量的发展，蒸汽参数不断提高。进入21世纪后，蒸汽参数以超临界参数（24.2兆帕、566摄氏度）、超超临界参数（25兆帕～27兆帕、600摄氏度）为主。2011年，我国启动了“国家700℃超超临界燃煤发电技术”开发计划，目标是开发600兆瓦级、蒸汽参数为35兆帕/700摄氏度/720摄氏度超超临界机组。

　　我国火电机组不断向大容量、高参数、环保型方向发展，自主化600兆瓦超临界火电机组和1000兆瓦超超临界火电机组批量投产，火电技术应用达到国际先进水平。

　　我国颁布的国家标准《火电厂大气污染物排放标准》，对大气污染物提出明确要求，并提出汞的排放浓度限值。火力发电厂不断加强污染物治理，其中主要内容是对火电厂烟气中的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等大气污染物进行治理，使排放满足环保标准要求。中国火力发电厂烟气治理技术不断升级。2018年，随着我国火力发电超低排放和节能改造规模的不断扩大，单位火电发电量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、烟尘等温室气体和大气污染物排放进一步降低。

　　大唐国际托克托发电有限责任公司位于内蒙古自治区呼和浩特市托克托县，于1995年11月注册成立，公司总装机容量为672万千瓦，是世界在役最大的火力发电厂，年发电能力400亿千瓦时以上。8台60万千瓦机组和2台66万千瓦机组通过500千伏4回线路接入京津唐电网，年发电量约占北京地区社会总用电量的1/4，是京津唐电网重要的电源支撑点。2台30万千瓦机组接入蒙西电网，是托克托大型循环经济示范区的核心电厂。

　　托克托发电工程是国家“十五”重点建设项目，也是“西部大开发”和“西电东送”的重点工程。2000年8月1日开工建设一期工程。8台60万千瓦亚临界燃煤机组于2003年～2006年连续每年投产发电2台机组，2台30万千瓦亚临界供热机组于2007年投产发电，2台66万千瓦国产超超临界机组分别于2016年12月、2017年2月投产发电。12台机组全部实现超低排放，机组全部安装了脱硫脱硝装置，各项环保指标保持行业先进水平。

　　国际水电协会《2018水电现状报告 行业趋势及思考》公布了对全球近500座水库温室气体足迹进行的一项研究表明，水电是最洁净的能源之一。作为世界上最大的清洁能源发电来源，水电同时为管理水资源和缓解气候变化提供重要服务。

　　19世纪末期，随着机械技术、电气技术、输电技术的发展，水力发电逐渐成为人类利用水能的主要方式。1878年，法国建成世界上第一座水电站。

　　水力发电先是把天然水流的能量（包括势能、动能）转换成水轮机的动能，之后，再以水轮机为原动机，推动发电机产生电能。发出的电能通过输变电设施送入电力系统，供用电客户使用。水力发电是个“大家庭”，成员包括常规水电、抽水蓄能发电、潮汐发电、波浪发电。常规水电利用河川（包括湖泊、地下水）水能发电，是技术成熟、开发最多的水力发电形式，长江三峡水利枢纽就是这种类型；抽水蓄能发电利用电力系统在负荷低谷时的多余电量将低处水库（下水库）内的水抽到高处水库（上水库），负荷高峰时再从上水库引水发电，将水排入下水库；潮汐发电利用海洋潮汐能发电；波浪发电利用波浪能发电。

　　水能是可再生能源，水力发电不排放有害气体、烟尘、废渣等污染物。常规水电站水能利用效率在85%左右，水电效率高。水轮发电机组能够灵活地启动、停机，是电力系统理想的调峰、调频和事故备用电源。现代电力系统一般采用水电站、火电厂、核电厂联合供电的方式。

　　中国水能资源地区分布不均，主要集中在西部地区；水能资源时间分布不均，河川径流量主要集中在汛期，需要建设大型水库进行调节。根据中国水能资源复查成果，并结合水利部小水电调查数据，中国100千瓦及以上的水电站技术可开发装机容量约6亿千瓦，水能资源丰富，技术可开发量占全球的17%，居世界第一。

　　中国的首座大型水电站是黄河上的第一座水电站三门峡。此后，我国自行设计、建设大型水电站新安江水电站。新安江水电站是我国自行设计、自制设备、自主建设的第一座大型水电站，也是我国第一座百米高的混凝土重力坝。

　　长江上葛洲坝水电站的建设，标志着我国的水利水电工程建设达到了一个前所未有的新高度。葛洲坝水电站不仅是当时我国最大的水电站，而且还是在长江干流上的第一座水电站，仅就其工程截流的难度而言，就已是空前绝后的。当时，葛洲坝水电站270万千瓦的装机容量和140亿千瓦时的年发电量，约占当时全国水电的三分之一，为我国华东地区的经济社会发展，提供了巨大的动力和保障。

　　目前，世界上最大的水电站是我国2003年建成投产的三峡工程；最高的碾压混凝土坝（216m）是我国2007年投产的龙滩水电站；世界上最高的混凝土面板堆石坝（233m）是我国2008年投产的水布垭水电站；最高的双拱坝（305m）是我国2013年建成投产的锦屏一级水电站。目前我国正在建设的双江口水电站的堆石坝，高度将达到312m，建成后将成为全世界第一的高坝，刷新所有的世界纪录。

　　长江三峡水利枢纽（以下简称三峡工程）坝址地处长江干流西陵峡河段、湖北省宜昌市三斗坪镇，控制流域面积约100万平方公里。三峡工程自2008年汛末开始试验性蓄水以来，防洪、发电、航运、补水、生态等巨大综合效益全面发挥，为促进长江经济带发展战略的实施作出了重大贡献。

　　三峡工程规模大、地理位置特殊，是长江防洪的关键骨干工程，能控制荆江河段洪水来量的95%以上，控制武汉以上洪水来量的2/3左右，特别是能够有效控制上游各支流水库以下至坝址约30万平方公里暴雨区产生的洪水。三峡工程使荆江河段的防洪标准由10年一遇提高到100年一遇，有效保障人民生命财产安全，为长江中下游经济社会发展营造安澜环境。

　　三峡电站总装机容量为2250万千瓦，输电范围覆盖大半个中国，在优化能源结构、维护电网安全稳定运行、实现全国电网互联互通、促进节能减排等方面作用巨大。

　　三峡水库蓄水极大改善了长江重庆至宜昌间航运里程570公里～650公里，库区干流航道等级由建库前的III级航道提高为I级航道，库区航道年通过能力由1800万吨提高到1亿吨以上。2016年9月18日，世界上规模最大、技术最复杂、建设难度最高的三峡升船机进入试通航阶段，使三峡工程增加了一个近千万吨的快速过坝通道，进一步提升了三峡工程航运通过能力。