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。中國臺灣地區(qū)的臺中發(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)電和燃氣發(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)模比燃煤電站和燃氣發(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 燃氣發(fā)電
燃氣發(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，再用蒸汽推動汽輪機帶動發(fā)電機運轉(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產(chǎn)生的高溫煙氣，推動燃氣輪機，進行一級發(fā)電，然后再利用燃氣輪機排出的高溫煙氣加熱水，產(chǎn)生蒸汽推動汽輪機，進行二級發(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)電的技術已相當成熟。已進入商業(yè)運作，且規(guī)模很大。
天然氣發(fā)電廠運行靈活，機組啟動快，既可基荷發(fā)電，也可以調(diào)峰發(fā)電，便于接近負荷中心，提高供電可靠性，并減少送變電工程量;但是天然氣發(fā)電項目承擔的經(jīng)濟風險要高于燃煤發(fā)電廠項目，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。
燃氣發(fā)電發(fā)展較快，主要是美國。由于美國頁巖氣開發(fā)成功，助長了燃氣發(fā)電的增長。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年美國燃氣發(fā)電占全球燃氣發(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，適合于燃氣發(fā)電，但居第二位。日本利用進口的液化天然氣助力燃氣發(fā)電的增長，燃氣發(fā)電的增長又刺激了全球天然氣液化工業(yè)的增長，居第三位。值得注意的是中國2016年燃氣發(fā)電進入全球第7位，開始增長勢頭。2019年進入世界第4位。
2016～2019年前14位燃氣發(fā)電最大的國家(單位：TWh)
燃氣發(fā)電量最多的國家是美國、其次是俄羅斯，但是燃氣發(fā)電站最多的是日本，日本早在20世紀70年代就開始利用進口的液化天然氣(LNG)發(fā)電。
全球十三大燃氣電站
中國主要以燃煤發(fā)電為主，依次燃氣發(fā)電的份額不高，但是進展比較快。
中國燃氣發(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。泥炭是由動植物遺骸，主要是植物殘體，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)模比燃煤電站和燃氣發(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，在學術上稱為致密油(tight oil)。美國的“頁巖革命”所提到的頁巖油實際上指致密油，一種輕質(zhì)原油。
油頁巖(oil shale) 或稱干酪根頁巖(kerogen shale)，是一種富含有機質(zhì)、具有微細層理、可以燃燒的細粒沉積巖。油頁巖中絕大部分有機質(zhì)是不溶于普通有機溶劑的成油物質(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“反應堆”的設備內(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，蒸汽推動汽輪機帶動發(fā)電機一起旋轉(zhuǎn)而發(fā)電，并通過電網(wǎng)輸送給消費者。
核電站反應堆類型進程
根據(jù)WNA 2020年5月的報告，全球核能發(fā)電在逐步增長，2019年核能發(fā)電量達到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70.6%。本數(shù)據(jù)是世界核能協(xié)會WNA 2020年5月份提供的數(shù)據(jù)。
2020年5月全球核反應堆及鈾需求
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)電總量僅為4.9%，高于2018年，但遠低于全球平均值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，在建的核反應堆最多，達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，裝機容量為7965MW，但2011年已經(jīng)停工。值得注意的是韓國核電站進展很快，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、風電場、生物質(zhì)發(fā)電、光伏發(fā)電、地熱發(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預計，2019年底至少有32個國家再生能源發(fā)電操作在10GW以上。在2050年有77個國家、10個地區(qū)和100個以上城市將達到凈零碳排放。
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)的國家有個特點：水力發(fā)電特別多的國家如巴西、加拿大;利用風力發(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)展以應用于電力生產(chǎn)。⑵ 利用生物質(zhì)燃燒轉(zhuǎn)化為可燃氣體燃燒發(fā)電的技術，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，通過熱分解和化學反應將其轉(zhuǎn)化為氣體燃料和化學原料氣體(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)燃氣”。
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)換為可燃氣體。這種可燃氣體經(jīng)過除塵除焦等凈化工序后，再送到氣體內(nèi)燃機進行發(fā)電。
世界生物質(zhì)發(fā)電起源于20世紀70年代，當時，世界性的石油危機爆發(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 地熱發(fā)電
地熱發(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)電機組發(fā)電。地下的熱水可用減壓擴容的方法，使部分熱水汽化，產(chǎn)生蒸汽以驅(qū)動汽輪發(fā)電機發(fā)電;或利用地下熱水的熱量來加熱低沸點的有機化合物液體(如氯乙烷、異丁烷等)使其沸騰汽化，將氣體引入汽輪發(fā)電機發(fā)電。
1904年由坎梯(Prince Piero Ginori Conti)建成了世界上最早的地熱電站—拉德瑞羅地熱田(Larderello Geothermal Power Station)。世界上最大的地熱發(fā)電廠群位于美國加利福尼亞州的地熱田間歇泉(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。
地熱裝機容量最大的國家(MW)
世界上最大的地熱發(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)點是不消耗燃料，不污染環(huán)境，水能可由降水不斷補充，機電設備簡單，操作靈活方便。但一般投資大，施工期長，有時還會造成一定的淹沒損失。水力發(fā)電常與防洪、灌溉、航運等相結(jié)合，進行綜合利用。
根據(jù)iha(國際水力發(fā)電協(xié)會)》 2020年的報道，2019年水力發(fā)電總裝機容量為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)電設施是中國的三峽水電站，采用32臺混流式水輪機組發(fā)電，每臺機組的裝機容量為700兆瓦，總裝機容量達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)如能按計劃于2014年開工建設，將超越當前所有的發(fā)電站，其裝機容量的設計目標高達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目(Penzhin Tidal Power Plant Project)，理論裝機容量可達87,100兆瓦。
世界各國裝機容量(GW)
根據(jù)BP 2020的報告，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)
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