發電廠

19世紀70年代，歐洲進入了電力革命時代。不僅大企業，就連小企業也都紛紛採用新的動力──電能。最初，一台發動機設備只供應一棟房子或一條街上的照明用電，人們稱這種發電站為 “住户式”電站，發電量很小。隨着電力需求的增長，人們開始提出建立電力生產中心的設想。愛迪生1882年在美國紐約珍珠街建立擁有6台發動機的發電廠。

發電廠起初是直流發電。美國的著名發明家愛迪生在1881年開始籌建中央發電廠，1882年總共有兩座初具規模的發電廠投產。1882年1月，倫敦荷陸恩橋的愛迪生公司開始發電，供應聖馬廠郵局橋西的城市大教堂和橋頭旅館等。當時發電廠利用蒸汽機驅動直流發電機，電壓為110伏，電力可供1000個愛迪生燈泡用。同年末，紐約珍珠街愛迪生公司發電廠也裝上了同型機組，這是美國的第一座發電廠，內裝6台發動機，可供6000個愛迪生燈泡用電。後來俄國彼得堡的芬坦克河上出現了水上發電站，發電站建在駁船上，為涅夫斯基大街照明供電。

在電力的生產和輸送問題上，早期曾有過究竟是直流還是交流的長年激烈爭論。愛迪生主張用直流，人們也曾想過各種方法，擴大直流電的供電範圍，使中小城市的供電情況有了明顯改善。但對大城市的供電，經過改進的直流電站仍然無能為力，代之而起的是交流電站的建立，因為要作遠程供電，就需增協電壓以降低輸電線路中的電能損耗，然後又必須用變壓器降壓才能送至用户。直流變壓器十分複雜，而交流變壓器則比較簡單，沒有運動部件，維修也方便。美國威斯汀豪斯公司的工程師斯坦利研製出了性能優良的變壓器。1886年該公司利用變壓器進行交流供電試驗獲得成功，1893年威斯汀豪斯公司承接為尼亞加拉瀑布水力發電計劃提供發動機的合同，事實證明必須用高壓交流電才可實現遠征電力輸送，從而結束了長時間的交、直流供電系統之爭，交流電成為世界通用的供電系統。

早期發電機靠蒸汽機驅動。1884年發明渦輪機，直接與發電機連接，省去雲齒輪裝置，既運行平穩，又少磨損。1888年在新建的福斯班克電站安裝了一台小渦輪機，轉速為每分鐘4800轉，發電量75千瓦。1900年在德國愛勃菲德設置了一台1000千瓦渦輪機。到1912年芝加哥已有一台25,000千瓦渦輪發電機，如今渦輪發電機最大已超過100萬千瓦，而且可以連續多年不停運轉。 ^[1] 

傳統發電指的是燃煤電廠，燃煤火力發電廠流程圖：

A：燃燒氣體系統──煤：由自動輸送帶——漏斗、度量計送入磨粉機，粉碎後，與高温蒸汽以一定比例混合，再由噴嘴吹入鍋爐內燃燒。構成爐壁內襯的整排水管中的循環純水被加熱而沸騰產生蒸汽。燃燒後灰落入出灰口排出。煙道內煙氣駛過熱器，再由熱器內蒸汽加熱，提高再預加熱省煤器內的鍋爐，用温水和空氣加熱器內的燃燒用氣，最後經沉澱集塵器與煙囱後排至大氣中。

B．蒸汽系統──過熱後高壓高温蒸汽最初送入高壓渦輪，使其旋轉，再經再熱器，補足熱能後，依序送入中壓渦輪及低壓渦輪，使所有熱能消耗殆盡後，送入冷凝器，恢復為原水，此水經加熱器、省煤器而循環。

C．冷卻水系統──冷卻塔（涼水塔）中的冷卻水由河、井、海及自來水系統供給，經由冷凝器的冷卻水回到冷卻塔冷卻。

D．發電系統──接於渦輪轉子上的發動機產生電力，經由變壓器提升電壓後進入電力系統。 ^[2] 

利用水流的動能和勢能來生產電能的工廠，簡稱水電廠。水流量的大小和水頭的高低，決定了水流能量的大小。從能量轉換的觀點分析，其過程為：水能→機械能→電能。實現這一能量轉換的生產方式，一般是在河流的上游築壩，提高水位以造成較高的水頭；建造相應的水工設施，以有效地獲取集中的水流。水經引水機溝引入水電廠的水輪機，驅動水輪機轉動，水能便被轉換為水輪機的旋轉機械能。與水輪機直接相連的發電機將機械能轉換成電能，並由發電廠電氣系統升壓送入電網。

建造強大的水力發電廠時，要考慮改善通航和土地灌溉以及生態平衡。水電廠按電廠結構及水能開發方式分類有引水式、堤壩式、混合式水電廠；按電廠性能及水流調節程度分類有徑流式、水庫式水電廠；按電廠廠房佈置位置分類有壩後式、壩內式水電廠；按主機佈置方式分類有地面式、地下式水電站。

水力發電廠建設費用高，發電量受水文和氣象條件限制，但是電能成本低，具有水利綜合效益。水輪機從啓動到帶滿負荷只需幾分鐘，能夠適應電力系統負荷變動，因此水力發電廠可擔任系統調頻、調峯及負荷備用。

從容量角度來説處於所有水電站的末端，它一般是指容量5萬千瓦以下的水電站。世界小水電在整個水電的比重大體在5%-6%。中國可開發小水電資源如以原統計數7000萬kW計，佔世界一半左右。而且，中國的小水電資源分佈廣泛，特別是廣大農村地區和偏遠山區，適合因地制宜開發利用，既可以發展地方經濟解決當地人民用電困難的問題，又可以給投資人帶來可觀的效益回報，有很大的發展前景，它將成為中國21世紀前20年的發展熱點。

世界上，許多發展中國家都制訂了一系列鼓勵民企投資小水電的政策。由於小水電站投資小、風險低、效益穩、運營成本比較低。在中國各種優惠政策的鼓勵下，全國掀起了一股投資建設小水電站的熱潮，由於全國缺電嚴重，民企投資小水電如雨後春筍，悄然興起。國家鼓勵合理開發和利用小水電資源的總方針是確定的，2003年開始，特大水電投資項目也開始向民資開放。根據國務院和水利部的“十一五”計劃和2015年發展規劃，將對民資投資小水電以及小水電發展給予更多優惠政策。中國小水電可開發量佔全國水電資源可開發量的23%，居世界第一位。

利用可燃物作為燃料生產電能的工廠，簡稱火電廠。從能量轉換的觀點分析，其基本過程是：化學能→熱能→機械能→電能。世界上多數國家的火電廠以燃煤為主。煤粉和空氣在電廠鍋爐爐膛空間內懸浮並進行強烈的混合和氧化燃燒，燃料的化學能轉化為熱能。熱能以輻射和熱對流的方式傳遞給鍋爐內的高壓水介質，分階段完成水的預熱、汽化和過熱過程，使水成為高壓高温的過熱水蒸氣。水蒸氣經管道有控制地送入汽輪機，由汽輪機實現蒸氣熱能向旋轉機械能的轉換。高速旋轉的汽輪機轉子通過聯軸器拖動發電機發出電能，電能由發電廠電氣系統升壓送入電網。 ^[3] 

垃圾發電作為火力發電的一種，截至2007年底，中國垃圾焚燒發電廠總數已達75座，其中建成50座，在建25座垃圾焚燒發電廠的收益穩定、運營成本低廉並享有一定的税收優惠政策，能給投資者帶來穩定的收益，但是垃圾發電帶來的環境問題不容忽視。

利用核能來生產電能工廠，又稱核電廠（核電站）。原子核的各個核子（中子與質子）之間具有強大的結合力。重核分裂和輕核聚合時，都會放出巨大的能量，稱為核能。技術已比較成熟，形成規模投入運營的，只是重核裂變釋放出的核能生產電能的原子能發電廠從能量轉換的觀點分析，是由重核裂變核能→熱能→機械能→電能的轉換過程。

太陽能發電廠是一種用可再生能源——太陽能來發電的工廠，它利用把太陽能轉換為電能的光電技術來工作的。德國利用太陽能來發電可供55萬個家庭用電所需，是利用太陽能發電的世界冠軍。

截止到2003年底，全國風能資源豐富的14個省（自治區）已建成風電場40座，累計運行風力發電機組1042台，總容量達567.02MW（以完成整機吊裝作為統計依據）。

地熱能是指貯存在地球內部的可再生熱能，一般集中分佈在構造板塊邊緣一帶，起源於地球的熔融岩漿和放射性物質的衰變。全球地熱能的儲量與資源潛量十分巨大，每年從地球內部傳到地面的熱能相當於100PW·h,但是地熱能的分佈相對比較分散，因此開發難度很大。由於地熱能是儲存在地下的，因此不會受到任何天氣狀況的影響，並且地熱資源同時具有其它可再生能源的所有特點，隨時可以採用，不帶有害物質，關鍵在於是否有更先進的技術進行開發。地熱能在全球很多地區的應用相當廣泛，開發技術也在日益完善。對於地熱能的利用，包括將低温地熱資源用於浴池和空間供熱以及用於温室、熱力泵和某些熱處理過程的供熱，同時還可以利用乾燥的過熱蒸汽和高温水進行發電，利用中等温度水通過雙流體循環發電設備發電等，這些地熱能的開發應用技術已經逐步成熟，而且對從乾燥的岩石中和從地熱增壓資源及岩漿資源中提取地熱能的有效方法進行研究可以進一步提高地熱能的應用潛力，但是地熱能的勘探和提取技術還有待改進。

太空發電廠可能是迄今為止人類有望實現的最大規模軌道建築，如果建造完成，那麼太空發電廠面積將達到6平方公里，部署在3.6萬公里的軌道高度上。如此之大的人造建築甚至可用肉眼察覺到，研究人員稱從地面看軌道電站好像一顆恆星高高掛的天空中。把太陽能發電廠轉移到太空中的優勢很明顯，即不會因為晝夜的問題導致能量輸出受到影響，而且天氣問題也不必去考慮，沒有云層會遮擋住電站對陽光的採集。更重要的是，太空發電廠也不佔用土地資源。

當然，建造軌道發電站還需要克服幾個重大問題，比如如何把能量傳遞到地球上，方法是用微波或者激光。日本科學家的方案是通過微波遠程傳遞把能量接入地面。但是軌道電站的重量將達到1萬噸。美國宇航局在研的超級火箭一次僅能將120噸的載荷送入軌道。同時太陽能電池板的安裝也是個問題，定期也需要更換，這裏都涉及到龐大的資金供應。

當前在電力系統中起主導作用的仍是火力、水力、核能發電廠。 ^[4]