10、非再生能源發(fā)電

　　非再生能源發(fā)電是指利用化石燃料(煤、石油和天然氣發(fā)電)及和能發(fā)電。這是目前全球發(fā)電的主要份額。

　　10-1 燃煤發(fā)電

　　由于燃煤發(fā)電價(jià)廉，一直居高位，2019年燃煤發(fā)電占全球發(fā)電總量的9824.1/27005= 36.4%，比2018年回落但速度緩慢。2019年最大的燃煤發(fā)電生產(chǎn)國(guó)仍然是中國(guó)，占全球燃煤發(fā)電總量的4853.7/9824.1= 49.4%;其次是印度，占全球燃煤發(fā)電總量的1137.4/9824.1= 11.6%，比往年逐步回落。

2010～2019年燃煤發(fā)電前十位國(guó)家(單位：TWh)

　　燃煤發(fā)電仍然霸占全球電力生產(chǎn)的主導(dǎo)地位，主要生產(chǎn)國(guó)是中國(guó)，居第一位是中國(guó)托克托電廠。中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的臺(tái)中發(fā)電廠降低到第三位。。

全球十大燃煤電站

　　10-2 燃油發(fā)電

　　燃油發(fā)電在化石燃料發(fā)電份額中不占重要地位，比燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電都低得多，而且逐步在降低。2019年僅占全球發(fā)電總量的825.3/27005=3.1%。燃油發(fā)電最多的國(guó)家是產(chǎn)油大國(guó)沙特阿拉伯，占燃油發(fā)電總量的149.6/825.3= 18.1%，其次是伊朗，占82.6/825.3= 10.0%。

2016～2019年前十位國(guó)家燃油發(fā)電(單位：TWh)

　　燃油發(fā)電可分為燃料油(Fuel oil)發(fā)電和油頁(yè)巖(Oil shale)發(fā)電兩種，但其總體規(guī)模比燃煤電站和燃?xì)獍l(fā)電都小。雖然世界上最大的燃料油電站是在沙特阿拉伯的舒艾拜發(fā)電及海水淡化廠，但是利用燃油發(fā)電最多的國(guó)家是日本。

全球十大燃油電站

　　10-3 燃?xì)獍l(fā)電

　　燃?xì)獍l(fā)電是指利用天然氣產(chǎn)生電力。燃燒天然氣把水變成蒸汽，再用蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而發(fā)電，屬于一般的火力發(fā)電，其效率較低。天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電則是將天然氣燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，推?dòng)燃?xì)廨啓C(jī)，進(jìn)行一級(jí)發(fā)電，然后再利用燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫?zé)煔饧訜崴a(chǎn)生蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)，進(jìn)行二級(jí)發(fā)電。這就是聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，效率較高。

　　由于燃燒天然氣熱效率高，排放的污染物又較其它燃料少，因此被認(rèn)為是最清潔的發(fā)電燃料。目前天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的技術(shù)已相當(dāng)成熟。已進(jìn)入商業(yè)運(yùn)作，且規(guī)模很大。

　　天然氣發(fā)電廠運(yùn)行靈活，機(jī)組啟動(dòng)快，既可基荷發(fā)電，也可以調(diào)峰發(fā)電，便于接近負(fù)荷中心，提高供電可靠性，并減少送變電工程量;但是天然氣發(fā)電項(xiàng)目承擔(dān)的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)要高于燃煤發(fā)電廠項(xiàng)目，特別是液化天然氣發(fā)電成本高，一般要大大高于燃煤電站，因而天然氣發(fā)電廠多用于調(diào)峰。

　　燃?xì)獍l(fā)電發(fā)展較快，主要是美國(guó)。由于美國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)成功，助長(zhǎng)了燃?xì)獍l(fā)電的增長(zhǎng)。2017年美國(guó)天然氣產(chǎn)量有57%來(lái)自頁(yè)巖氣(參見(jiàn)《2019年世界天然氣全記錄》)。2019年美國(guó)燃?xì)獍l(fā)電占全球燃?xì)獍l(fā)電總量的1700.9/6297.9=27%，占全球發(fā)電總量的1700.9/27004.7=6.2%。

　　俄羅斯本身具有豐富的天然氣資源，適合于燃?xì)獍l(fā)電，但居第二位。日本利用進(jìn)口的液化天然氣助力燃?xì)獍l(fā)電的增長(zhǎng)，燃?xì)獍l(fā)電的增長(zhǎng)又刺激了全球天然氣液化工業(yè)的增長(zhǎng)，居第三位。值得注意的是中國(guó)2016年燃?xì)獍l(fā)電進(jìn)入全球第7位，開(kāi)始增長(zhǎng)勢(shì)頭。2019年進(jìn)入世界第4位。

2016～2019年前14位燃?xì)獍l(fā)電最大的國(guó)家(單位：TWh)

　　燃?xì)獍l(fā)電量最多的國(guó)家是美國(guó)、其次是俄羅斯，但是燃?xì)獍l(fā)電站最多的是日本，日本早在20世紀(jì)70年代就開(kāi)始利用進(jìn)口的液化天然氣(LNG)發(fā)電。

全球十三大燃?xì)怆娬?/span>

　　中國(guó)主要以燃煤發(fā)電為主，依次燃?xì)獍l(fā)電的份額不高，但是進(jìn)展比較快。

中國(guó)燃?xì)獍l(fā)電站

　　單位換算：1兆瓦=1MW 1億千瓦=0.1TWh

　　10-4 泥炭發(fā)電

　　另外一種燃煤發(fā)電是泥炭發(fā)電，所占比例較小。泥炭(Peat)是煤的前身，是煤化程度最低的煤。泥炭是由動(dòng)植物遺骸，主要是植物殘?bào)w，受到微生物和介質(zhì)作用，經(jīng)過(guò)分解和合成的變化而形成的一種有機(jī)物質(zhì)。泥炭發(fā)電主要在歐洲國(guó)家如俄羅斯、芬蘭、愛(ài)爾蘭等。

全球九大泥炭電站

　　注：沙圖拉電站發(fā)電燃料主要為天然氣占78.0%，其次泥炭占11.5%。

　　10-5 油頁(yè)巖發(fā)電

　　燃油發(fā)電可分為燃料油(Fuel oil)發(fā)電和油頁(yè)巖(Oil shale)發(fā)電兩種，但其總體規(guī)模比燃煤電站和燃?xì)獍l(fā)電都小。

　　頁(yè)巖油與致密油的概念不要混淆。從油頁(yè)巖提煉出來(lái)的石油稱(chēng)為頁(yè)巖油。媒體上經(jīng)常出現(xiàn)頁(yè)巖油字樣，不是從油頁(yè)巖提煉的，而是從頁(yè)巖層經(jīng)過(guò)分段水力壓裂開(kāi)采出來(lái)的輕質(zhì)原油，在學(xué)術(shù)上稱(chēng)為致密油(tight oil)。美國(guó)的“頁(yè)巖革命”所提到的頁(yè)巖油實(shí)際上指致密油，一種輕質(zhì)原油。

　　油頁(yè)巖(oil shale) 或稱(chēng)干酪根頁(yè)巖(kerogen shale)，是一種富含有機(jī)質(zhì)、具有微細(xì)層理、可以燃燒的細(xì)粒沉積巖。油頁(yè)巖中絕大部分有機(jī)質(zhì)是不溶于普通有機(jī)溶劑的成油物質(zhì)，俗稱(chēng)“油母”。因此，又稱(chēng)為“油母頁(yè)巖”。油頁(yè)巖的含油量一般為4～20%，有的高達(dá)30%，可以直接提煉石油。

　　表中油頁(yè)巖電站所使用的燃料不是頁(yè)巖油，而是油頁(yè)巖。

全球七大油頁(yè)巖電站

11、 核能發(fā)電

　　核能發(fā)電是用鈾制成的核燃料在“反應(yīng)堆”的設(shè)備內(nèi)發(fā)生裂變而產(chǎn)生大量熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)一起旋轉(zhuǎn)而發(fā)電，并通過(guò)電網(wǎng)輸送給消費(fèi)者。

核電站反應(yīng)堆類(lèi)型進(jìn)程

　　根據(jù)WNA 2020年5月的報(bào)告，全球核能發(fā)電在逐步增長(zhǎng)，2019年核能發(fā)電量達(dá)到2676TWh，比2018年2563 TWh增加了4.4%，核能發(fā)電占全球發(fā)電總量的10.2%。

　　美國(guó)是世界上核能發(fā)電量最多的國(guó)家，2020年5月有95座核反應(yīng)堆，2019年生產(chǎn)809.0TWh，占全球核能發(fā)電量總量的809/2676=30.2%，其次是法國(guó)為379.5/2676=14.2%;而德國(guó)、英國(guó)則處于停滯發(fā)展階段。

　　表中“%e”表示核能發(fā)電占發(fā)電總量的百分率。全球核能發(fā)電占全球發(fā)電總量的10.2%，其中法國(guó)高達(dá)70.6%。本數(shù)據(jù)是世界核能協(xié)會(huì)WNA 2020年5月份提供的數(shù)據(jù)。

2020年5月全球核反應(yīng)堆及鈾需求

　　單位換算：68240tU=80472tU₃O₈ ; 1 tU₃O₈=80472/68240=1.179

　　中國(guó)核能發(fā)電進(jìn)展較快，已經(jīng)躍居全球第三位，但是2019年核能發(fā)電占發(fā)電總量?jī)H為4.9%，高于2018年，但遠(yuǎn)低于全球平均值10.2%，差距仍然很大。論核能發(fā)電的發(fā)展速度，中國(guó)發(fā)展最快，在建的核反應(yīng)堆最多，達(dá)12座。擬建的有44座。這是其他國(guó)家無(wú)法相比的。

中國(guó)核能發(fā)電量及占發(fā)電總量的份額

　　世界上最大的核電站是日本柏崎刈羽核電站，裝機(jī)容量為7965MW，但2011年已經(jīng)停工。值得注意的是韓國(guó)核電站進(jìn)展很快，前十位核電站就占有3席，把美國(guó)和日本都摔到后面。

全球十大核電站

12、再生能源發(fā)電

　　再生能源發(fā)電指水力發(fā)電、風(fēng)電場(chǎng)、生物質(zhì)發(fā)電、光伏發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、聚熱發(fā)電和海洋能發(fā)電等，它是電力發(fā)展的重要方向。

　　REN 2020預(yù)計(jì)，2019年底至少有32個(gè)國(guó)家再生能源發(fā)電操作在10GW以上。在2050年有77個(gè)國(guó)家、10個(gè)地區(qū)和100個(gè)以上城市將達(dá)到凈零碳排放。

　　12-1 再生能源發(fā)電的比例

　　根據(jù)BP 2020年的報(bào)告，2019年全球再生能源發(fā)電量7261.3 TWh占全球總發(fā)電量27004.7TWh的平均數(shù)為26.9%。超過(guò)平均數(shù)的國(guó)家有個(gè)特點(diǎn)：水力發(fā)電特別多的國(guó)家如巴西、加拿大;利用風(fēng)力發(fā)電和光伏特別多的國(guó)家如意大利、西班牙、德國(guó)等，而富產(chǎn)化石燃料的國(guó)家如美國(guó)、俄羅斯就比較低。

2019年主要國(guó)家再生能源發(fā)電的比例(單位：TWh)

　　12-2 生物質(zhì)發(fā)電

　　生物質(zhì)發(fā)電(Biomass Power、Biopower)是利用生物質(zhì)所具有的生物質(zhì)能進(jìn)行的發(fā)電，是可再生能源發(fā)電的一種，包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電。

　　生物質(zhì)發(fā)電的方法有： ⑴ 將生物質(zhì)以酦酵技術(shù)轉(zhuǎn)換成氣體燃料(如氫氣或甲烷)或醇類(lèi)燃料，再配合燃料電池的發(fā)展以應(yīng)用于電力生產(chǎn)。⑵ 利用生物質(zhì)燃燒轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w燃燒發(fā)電的技術(shù)，主要有直接燃燒發(fā)電、混合燃燒發(fā)電和氣化發(fā)電三種方式。生物質(zhì)原料包括秸稈、稻殼和甘蔗渣等農(nóng)業(yè)廢棄物和林木生產(chǎn)、采運(yùn)和加工過(guò)程中產(chǎn)生的林業(yè)廢棄物等。

　　生物質(zhì)氣化(Biomass Gasification)將生物質(zhì)固體原料置于高溫環(huán)境，通過(guò)熱分解和化學(xué)反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為氣體燃料和化學(xué)原料氣體(合成氣體)等氣態(tài)物質(zhì)的過(guò)程。將生物質(zhì)固體原料轉(zhuǎn)化的氣體，稱(chēng)為“生物質(zhì)燃?xì)?rdquo;。

　　生物質(zhì)氣化發(fā)電(Biomass Gasification Generation)采用特殊的氣化爐，把生物質(zhì)廢棄物，包括木料、秸稈、稻草、甘蔗渣等轉(zhuǎn)換為可燃?xì)怏w。這種可燃?xì)怏w經(jīng)過(guò)除塵除焦等凈化工序后，再送到氣體內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行發(fā)電。

　　世界生物質(zhì)發(fā)電起源于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)，世界性的石油危機(jī)爆發(fā)后，丹麥開(kāi)始積極開(kāi)發(fā)清潔的可再生能源，大力推行秸稈等生物質(zhì)發(fā)電。自1990年以來(lái)，生物質(zhì)發(fā)電在歐美許多國(guó)家開(kāi)始大力發(fā)展。

全球生物質(zhì)發(fā)電最大的發(fā)電站

　　12-3 地?zé)岚l(fā)電

　　地?zé)岚l(fā)電(Geothermal Power)是利用地下蒸汽或熱水等地球內(nèi)部的熱能資源來(lái)發(fā)電。地下的干蒸汽可直接引入汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。地下的熱水可用減壓擴(kuò)容的方法，使部分熱水汽化，產(chǎn)生蒸汽以驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電;或利用地下熱水的熱量來(lái)加熱低沸點(diǎn)的有機(jī)化合物液體(如氯乙烷、異丁烷等)使其沸騰汽化，將氣體引入汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。

　　1904年由坎梯(Prince Piero Ginori Conti)建成了世界上最早的地?zé)犭娬?mdash;拉德瑞羅地?zé)崽?Larderello Geothermal Power Station)。世界上最大的地?zé)岚l(fā)電廠群位于美國(guó)加利福尼亞州的地?zé)崽镩g歇泉(The Geysers)。目前分別占該國(guó)發(fā)電總量較多的國(guó)家是肯尼亞(51%)、冰島(30%)、菲律賓(27%)、薩爾瓦多(25%)和新西蘭(14.5%)等。

地?zé)嵫b機(jī)容量最大的國(guó)家(MW)

世界上最大的地?zé)岚l(fā)電站

　　12-4 水力發(fā)電

　　水力發(fā)電(Hydropower)是利用工程措施將天然水能轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程，也是水能利用的基本方式。優(yōu)點(diǎn)是不消耗燃料，不污染環(huán)境，水能可由降水不斷補(bǔ)充，機(jī)電設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活方便。但一般投資大，施工期長(zhǎng)，有時(shí)還會(huì)造成一定的淹沒(méi)損失。水力發(fā)電常與防洪、灌溉、航運(yùn)等相結(jié)合，進(jìn)行綜合利用。

　　根據(jù)iha(國(guó)際水力發(fā)電協(xié)會(huì))》 2020年的報(bào)道，2019年水力發(fā)電總裝機(jī)容量為1308GW，中國(guó)為356.40GW，占總量的356.40/1308=27.2%。

　　目前，世界上最大的發(fā)電設(shè)施是中國(guó)的三峽水電站，采用32臺(tái)混流式水輪機(jī)組發(fā)電，每臺(tái)機(jī)組的裝機(jī)容量為700兆瓦，總裝機(jī)容量達(dá)22,500兆瓦，超過(guò)世界最大核電站-日本柏崎刈羽核電站(8,212兆瓦)兩倍以上。

　　規(guī)劃中的民主剛果大英加水電站(Grand Inga Dam)如能按計(jì)劃于2014年開(kāi)工建設(shè)，將超越當(dāng)前所有的發(fā)電站，其裝機(jī)容量的設(shè)計(jì)目標(biāo)高達(dá)39,000兆瓦，是三峽水電站的1.73倍。此外，俄羅斯規(guī)劃的品仁納灣潮汐能電站項(xiàng)目(Penzhin Tidal Power Plant Project)，理論裝機(jī)容量可達(dá)87,100兆瓦。

世界各國(guó)裝機(jī)容量(GW)

　　根據(jù)BP 2020的報(bào)告，中國(guó)水力發(fā)電量居世界之首，2019年占全球水力發(fā)電量的1269.7/4222.2=30.1%;其次為巴西、加拿大。

水力發(fā)電量最多的國(guó)家(單位：TWh)