发电(英语:Electricity generation),泛指从其它种类的能源转换为电力的过程。 在电力系统中,发电产生的电能会经由输电系统配电系统,传送到使用者或是储能系统。

涡轮发电机英语Turbo generator

现今主要使用的发电基本原理,于公元1820~1830年间,由英国科学家麦可·法拉第所发现。法拉第电磁感应定律,是借由一组以上的线圈在磁场中进行旋转运动,藉以产生感应电流(动能转换为电能)。 常见的方法为透过燃烧化石燃料或核反应驱动热机产生动能,或是利用流体的动能(如水力或风力),来推动发电机并产生电能。

电的形式

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依据发电后产生的波形,可区分为:

   
直流电(DC) 交流电(AC)

直流发电

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过去直流发电大多以电化学的方式产生电力,泛称为电池,以小功率的应用为主。近年发展快速的太阳能电池,透过光电效应产生直流电,并借由逆变器转换成交流电,供应给使用者。 电池可分为属于消耗品一次性的原电池,可重复充电与放电的蓄电池,以及当不断注入燃料能持续发电的燃料电池,这三大类。 此外,另有以热能直接转换为电能的热电偶,但输出功率极少,目前主要用在感测器。 以及,运用电磁感应原理的直流发电机,不过这种现今比较罕见。

交流发电

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较为经济的商业运转发电方式,而且较容易升降电压,所以目前世界各国大多使用此类发电。在用户端的电压通常为110、220或240伏特,频率为50或60赫兹。为了减少能量损耗,在输电系统中的电压较高,约在数十万到数百万伏特之间。

发电技术

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非再生能源发电

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经高压蒸气驱动发电机组(热力发电

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再生能源发电

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外力直接驱动发电机组

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经高压蒸气驱动发电机组

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  • 聚光太阳能热发电:将阳光聚焦集热板将水加热,产生蒸气以推动汽轮机及发电机
  • 地热发电:亦有低温的地热发电技术,原理是将介质由水改为冷媒,借由液态冷媒吸收地热后气化膨胀,藉以推动汽轮机及发电机,冷媒冷却成液态后再流入地下循环使用

其它方式驱动发电机组

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发电原理

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依能源转换的原理,可区分为:
种类 简介 范例 备注
摩擦起电效应 静电自由电荷的转移 范德格拉夫起电机
电磁感应 动能使一组以上的线圈在磁场中进行旋转运动,藉以产生感应电流 发电机 现今发电的主流
将燃料加热至高温等离子状态,然后让其在磁场中高速流动切割磁力线,藉以产生感应电流,将其热能转换成电能 磁流体发电
电化学 化学能转为电能 电池燃料电池
光电效应 能转为电能 太阳能电池光伏阵列
热电效应 热能直接转为电能 热电偶 主要用于感测器
放射性物质在衰变时所放出热量再将其直接转为电能 放射性同位素热电机 主要用于人造卫星太空探测器、无人遥控设备
压电效应 压电材料的晶格形变转为电能 主要用于感测器
核变化 使用同位素衰变时放出的β粒子,直接产生电子来发电 非热转换型核电池 理论上的技术


全球发电量与来源

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全球的发电量与电力来源变化:
1990年全球电力来源
 煤水力核能天然气石油生质能地热废弃物其它
  •   煤: 4,429,513 GWh (37.2%)
  •   水力: 2,190,975 GWh (18.4%)
  •   核能: 2,012,902 GWh (16.9%)
  •   天然气: 1,747,827 GWh (14.7%)
  •   石油: 1,324,040 GWh (11.1%)
  •   生质能: 105,260 GWh (0.9%)
  •   地热: 36,426 GWh (0.3%)
  •   废弃物: 24,141 GWh (0.2%)
  •   其它: 25,109 GWh (0.2%)
1990年全球总发电量: 11,869,194GWh
2000年全球电力来源
 煤天然气水力核能石油生质能地热废弃物其它
  •   煤: 5,995,467 GWh (38.7%)
  •   天然气: 2,771,466 GWh (17.9%)
  •   水力: 2,695,584 GWh (17.4%)
  •   核能: 2,590,624 GWh (16.7%)
  •   石油: 1,188,490 GWh (7.7%)
  •   生质能: 112,383 GWh (0.7%)
  •   地热: 52,171 GWh (0.3%)
  •   废弃物: 49,740 GWh (0.3%)
  •   其它: 55,268 GWh (0.4%)
2000年全球总发电量: 15,511,193GWh
2010年全球电力来源
 煤天然气水力核能石油风力生质能废弃物其它
  •   煤: 8,670,586 GWh (40.1%)
  •   天然气: 4,843,606 GWh (22.4%)
  •   水力: 3,535,864 GWh (16.4%)
  •   核能: 2,756,289 GWh (12.8%)
  •   石油: 966,573 GWh (4.5%)
  •   风力: 342,203 GWh (1.6%)
  •   生质能: 275,160 GWh (1.3%)
  •   废弃物: 86,950 GWh (0.4%)
  •   其它: 136,039 GWh (0.6%)
2010年全球总发电量: 21,613,270GWh
2019年全球电力来源
 煤天然气水力核能风力石油太阳能光伏生质能其它
  •   煤: 9,914,448 GWh (36.7%)
  •   天然气: 6,346,009 GWh (23.5%)
  •   水力: 4,328,966 GWh (16.0%)
  •   核能: 2,789,694 GWh (10.3%)
  •   风力: 1,427,413 GWh (5.3%)
  •   石油: 747,171 GWh (2.8%)
  •   太阳能光伏: 680,952 GWh (2.5%)
  •   生质能: 542,567 GWh (2.0%)
  •   其它: 266,970 GWh (1.0%)
2019年全球总发电量:

27,044,190GWh

资料来源:IEA[1]

目前各国的发电主流,仍是不论燃料种类的烧开水,利用水蒸发时会使体积膨胀约1700倍的特性,去推动蒸气涡轮机,再带动发电机里的线圈在磁场里旋转,产生感应电流去发电。

参考资料

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相关

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外部链接

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