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)國仍然是中國,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)國是中國,居第一位是中國托克托電廠。中國臺(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)電最多的國家是產(chǎn)油大國沙特阿拉伯,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?,產(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。由于美國頁巖氣開發(fā)成功,助長(zhǎng)了燃?xì)獍l(fā)電的增長(zhǎng)。2017年美國天然氣產(chǎn)量有57%來自頁巖氣(參見《2019年世界天然氣全記錄》)。2019年美國燃?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2016年燃?xì)獍l(fā)電進(jìn)入全球第7位,開始增長(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)電最大的國家(單位:TWh)
燃?xì)獍l(fā)電量最多的國家是美國、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)電主要在歐洲國家如俄羅斯、芬蘭、愛爾蘭等。
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 油頁巖發(fā)電
燃油發(fā)電可分為燃料油(Fuel oil)發(fā)電和油頁巖(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。
頁巖油與致密油的概念不要混淆。從油頁巖提煉出來的石油稱為頁巖油。媒體上經(jīng)常出現(xiàn)頁巖油字樣,不是從油頁巖提煉的,而是從頁巖層經(jīng)過分段水力壓裂開采出來的輕質(zhì)原油,在學(xué)術(shù)上稱為致密油(tight oil)。美國的“頁巖革命”所提到的頁巖油實(shí)際上指致密油,一種輕質(zhì)原油。
油頁巖(oil shale) 或稱干酪根頁巖(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“油母”。因此,又稱為“油母頁巖”。油頁巖的含油量一般為4~20%,有的高達(dá)30%,可以直接提煉石油。
表中油頁巖電站所使用的燃料不是頁巖油,而是油頁巖。
全球七大油頁巖電站
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,并通過電網(wǎng)輸送給消費(fèi)者。
核電站反應(yīng)堆類型進(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%。
美國是世界上核能發(fā)電量最多的國家,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%,其次是法國為379.5/2676=14.2%;而德國、英國則處于停滯發(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。這是其他國家無法相比的。
中國核能發(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。值得注意的是韓國核電站進(jìn)展很快,前十位核電站就占有3席,把美國和日本都摔到后面。
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)國家再生能源發(fā)電操作在10GW以上。在2050年有77個(gè)國家、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%。超過平均數(shù)的國家有個(gè)特點(diǎn):水力發(fā)電特別多的國家如巴西、加拿大;利用風(fēng)力發(fā)電和光伏特別多的國家如意大利、西班牙、德國等,而富產(chǎn)化石燃料的國家如美國、俄羅斯就比較低。
2019年主要國家再生能源發(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)的過程。將生物質(zhì)固體原料轉(zhuǎn)化的氣體,稱為“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,丹麥開始積極開發(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,生物質(zhì)發(fā)電在歐美許多國家開始大力發(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)電廠群位于美國加利福尼亞州的地?zé)崽镩g歇泉(The Geysers)。目前分別占該國發(fā)電總量較多的國家是肯尼亞(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。
世界各國裝機(jī)容量(GW)
根據(jù)BP 2020的報(bào)告,中國水力發(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)電量最多的國家(單位:TWh)
評(píng)論