發(fā)電界的霸主！“獨占鰲頭”的火力發(fā)電你知道多少？

2017-12-14 14:22:26 來源:科普中國作者:科學原理一點通　點擊量：評論 (0)

電已經成為我們日常生活不可缺少的一部分，電能是科技發(fā)展、國民經濟增長的主要動力。照明、冶金、化學、紡織、通信、交通、動力等各個領域都要用電。發(fā)電有多種形式，包括火力發(fā)電、水力發(fā)電、風力發(fā)電、燃料電

電已經成為我們日常生活不可缺少的一部分，電能是科技發(fā)展、國民經濟增長的主要動力。照明、冶金、化學、紡織、通信、交通、動力等各個領域都要用電。發(fā)電有多種形式，包括火力發(fā)電、水力發(fā)電、風力發(fā)電、燃料電池發(fā)電、核電和太陽能光熱發(fā)電等，由于火力發(fā)電使用范圍最廣，占領了電力的大部分市場，可謂“獨占鰲頭”。

發(fā)電界的“霸主”

1875年，在法國巴黎火車站的火電廠實現了最早的火力發(fā)電。隨著發(fā)電機的不斷完善和輸變電技術的改進，特別是社會電氣化對電能的需求，火力發(fā)電從20世紀30年代開始進入大發(fā)展時期。火力發(fā)電主要是利用化石燃料或生物質燃料等燃燒生產電能，目前主要以煤為主。燃料在鍋爐里燃燒，將化學能轉化為熱能，熱能又將水變?yōu)樗魵猓魵鈳悠啓C轉子轉動，由于汽輪機轉子與發(fā)電機轉子通過聯(lián)軸器連接，發(fā)電機轉子會跟著汽輪機勻速轉動，在電磁感應的作用下，發(fā)電機產生電流，最后電流通過變電設備向電網輸電。

與其他形式的發(fā)電相比，火力發(fā)電有著儲量豐富、分布廣泛的原料，并且技術簡單、投資少，容易規(guī)模化生產。目前，我國的發(fā)電廠主要是燃煤機組，容量約占70%。火電廠無論是對國民經濟的發(fā)展，還是人民生活水平的提高，都起著重大作用。即便進入21世紀后，出現了各種新興的發(fā)電技術，火力發(fā)電仍是發(fā)電界的“霸主”。

火力發(fā)電廠

火力發(fā)電的“攔路虎”

水是生命的源泉，沒有水就沒有生命，地球上的動植物都離不開水。水也是“工業(yè)的血液”，它在制造、加工、冷卻、凈化、空調、洗滌等方面發(fā)揮著重要的作用。火力發(fā)電也需要大量的水，可以說水是火力發(fā)電的“攔路虎”。

火力發(fā)電的原理和過程是一個能量轉化過程，它利用燃料（煤、石油或天然氣）等蘊藏的化學能，通過燃燒變成熱能傳給鍋爐中的水，使水轉變?yōu)榫哂幸欢▔毫蜏囟鹊恼羝羝麑肫啓C后膨脹做功，將熱能轉變?yōu)闄C械能，然后推動汽輪機旋轉，汽輪機轉子帶動發(fā)電機轉子一起高速旋轉，這樣就把機械能轉變?yōu)殡娔芩椭岭娋W。由此看出，在整個能量轉化的過程中，水擔負著傳遞能量的重要作用。另外，水也擔負著冷卻介質的作用，將汽輪機的乏汽冷凝成水循環(huán)做功。

實際上，火力發(fā)電過程中，熱能轉換為電能的效率只有40%左右，轉化效率為什么不高呢？其中水是最大的“攔路虎”。水蒸氣壓力的高低直接關系到火力發(fā)電的效率，水蒸氣壓力越高，火力發(fā)電效率并不是也越高。科學家發(fā)現，溫度隨著水蒸氣壓力的升高相應地也越高，但同時溫度越高，熱的輻射和傳導損失的也越多，高溫水蒸氣意味著更多的熱能損失。所以，火力發(fā)電過程不能僅僅要高溫高壓，而是要盡量使水處在蒸發(fā)的臨界狀態(tài)，這時火力發(fā)電效率最高。

火力發(fā)電的流程