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2019年全球電力報告

  電力跟經濟發展和人類生活的重要性就不花筆墨了。本文信息量大,直奔主題,免得浪費時間。

  本報告分為兩大部分:非再生能源發電(燃煤發電、燃油發電、燃氣發電和核能發電)和再生能源發電。本報告收集并整理了最新數據來描述全球電力發展的概貌。

  請注意,文中許多地方標注有英文名稱,不是玩弄筆墨,這是告訴您可以通過它來查詢更多的信息,甚至可以找到相應的網站。當然,全文挨個閱讀沒有必要,還是來個分類,您好直切主題。有些不恰當之處或缺乏數據之處也有,敬請包涵。

  目  錄

  前十位國家電力生產量

  人均能源消費和電力消費

  全球電力生產結構

  世界上最大的20座發電站

  1、 非再生能源發電:

         非再生能源發電比例變化

         燃煤發電

         燃油發電

         燃氣發電

         核能發電

  2、 再生能源發電:

         再生能源發電的比例

         水力發電

         風電場發電

         太陽能發電

         電力單位換算

前十位國家電力生產量

  根據《BP Statistical Review of World Energy June 2019》的報告,2018年電力產量僅比2017年增加3.7%。中國是世界上電力生產最多的而且是增幅最大的國家,2018年發電量達7111.8TWh,比2017年增加了7.7%,占世界總量的26.7%;而美國雖然有所增加,2018年發電量為4460.8TWh,比去年增加了3.7%,占全球總量的16.8%。

2013~2018年主要國家的電力生產量(單位:TWh)

人均能源消費和電力消費

  人均能源消費量和人均耗電量在一定程度上反映一個國家或地區經濟發展水平和人民生活水平。根據美國中央情報局2016年的數據,人均能源消費量和人均耗電量最多的國家是冰島和列支敦士登。雖然中國電力產量居世界首位,但人均能源消耗量居世界第63位。

人均能源和電力消費量

全球電力生產結構

  電力生產結構是指電力來自一次能源的比例,以%表示。根據REN21(Renewable Energy Policy Network for the 21st Century)2012~2019年的報告匯集成表。

  2018年可再生能源發電繼續走強。據估計,全球安裝了181GW(吉瓦、千兆瓦),略高于2017年的新增量,總裝機容量增長超過8%。經過多年的穩定增長,該比率年內新增產能持平,全球可再生能源總容量約為2378 GW。2018年底增加約100 GW太陽能光伏,又是一次可再生能源裝機容量的領先者。太陽能光伏發電的增加占新可再生能源的55%。其次是風力發電(28%)和水力發電(11%)。連續第四年增加可再生能源發電量超過了化石燃料的凈安裝量和核容量之和。

  2018年水力發電仍然霸占再生能源發電的主導地位,占再生能源發電的15.8/26.2=60.3%,其次是風力發電5.5/26.2=21.0%、太陽能光伏2.4/26.2=9.2%和生物質發電2.2/26.2=8.4%。2018年底再生能源發電量足以供應全球發電量的26.2%。

2010~2018年全球電力生產結構(REN21統計)

世界上最大的20座發電站

  目前,世界上最大的發電站是中國三峽水電站,該發電站采用了32臺弗蘭西斯水輪機(Francis turbines),每臺功率700MW,另外還有兩臺50MW渦輪機發電,裝機容量共計22500MW。它是世界上最大的核電站——日本柏崎刈羽核電站(Kashiwazaki-Kariwa,7965MW)的兩倍多。2017年正在建設的中國白鶴灘水電站(Baihetan Dam,16000MW)和巴西貝羅蒙特大壩(Belo Monte Dam,11233MW),都無法跟三峽水電站的裝機容量比擬。

  盡管三峽水電站難以抗衡,但有擬建的剛果英戈大壩(Grand Inga Dam),設計的裝機容量達39000MW,將超過所有的發電站的裝機容量,包括三峽大壩。另外一個擬建發電站——俄羅斯勘察加半島品仁納灣潮汐電站( Penzhin Tidal Power Plant),裝機容量達87100MW,也超過了三峽水電站。

  在世界上前20位發電站中,中國水力發電占有5席,均為水力發電。水力發電和核能發電均屬清潔能源發電,獨霸前20強,化石燃料發電的地位逐步降低。

世界上最大的20個電站

非再生能源發電

非再生能源發電比例變化

  電力是現代社會生產和生活的重要物質基礎。隨著各國工業化的發展,人類對電力的需求年年增長。能否提供大量廉價而優質、可靠的電力,直接關系國家經濟發展的進程。

  電力可來自非再生能源發電和再生能源發電。表中2010~2015年數據來自國際能源署(IEA)《Key world energy statistics》報告的數據,而2016~2018年《BP Statistical Review of World Energy June 2018-2019》的數據。

  化石燃料發電仍然占據主導地位,其中以燃煤發電為主,其次是燃氣發電,而燃油發電份額很小。2018年非再生能源發電占全球發電總量的74.3%,比2017年減少了0.7%;而再生能源發電上升到25.7%。

全球電力生產結構匯總  (BP統計)

  燃煤發電

  由于燃煤發電價廉,一直居高位,2011年占全球發電總量的9144/22126= 41.3%,到2018年回落速度緩慢,仍然保持在10100.5/26614.8= 38.0%。2018年最大的燃煤發電生產國是中國,占全球燃煤發電總量的4732.4/10100.5= 46.9%;其次是美國,占總量的1245.8/10100.5= 12.3%,比往年逐步回落。

燃煤發電(單位:TWh)

  燃煤發電仍然霸占全球電力生產的主導地位,主要生產國是中國,居第一位卻是中國臺灣地區—臺中發電廠。另外一種燃煤發電是泥炭發電,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,受到微生物和介質作用,經過分解和合成的變化而形成的一種有機物質。泥炭發電主要在歐洲國家如俄羅斯、芬蘭、愛爾蘭等。

世界上最大的燃煤電站

  燃油發電

  燃油發電在化石燃料發電份額中不占重要地位,而且逐步在降低。2018年僅占全球發電總量的802.8/26614.8=3.0%,比去年870.0/25676.6=3.4%減少了0.4%。燃油發電最多的國家是沙特阿拉伯,占燃油發電總量的150.6/802.8= 18.6%,其次是日本,占60.0/802.8= 7.5%。

燃油發電(單位:TWh)

  燃油發電可分為燃料油(Fuel oil)發電和油頁巖(Oil shale)發電兩種,但其總體規模比燃煤電站和燃氣發電都小。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電及海水淡化廠,但是利用燃油發電最多的國家是日本。

  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。媒體上經常出現頁巖油字樣,不是從油頁巖提煉的,而是從頁巖層經過分段水力壓裂開采出來的輕質原油,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,一種輕質原油。

  油頁巖(oil shale) 或稱干酪根頁巖(kerogen shale),是一種富含有機質、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是不溶于普通有機溶劑的成油物質,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。

世界上最大的燃油電站

  燃氣發電

  燃氣發電是指利用天然氣產生電力。燃燒天然氣把水變成蒸汽,再用蒸汽推動汽輪機帶動發電機運轉而發電,屬于一般的火力發電,其效率較低。天然氣聯合循環發電則是將天然氣燃燒時產生的高溫煙氣,推動燃氣輪機,進行一級發電,然后再利用燃氣輪機排出的高溫煙氣加熱水,產生蒸汽推動汽輪機,進行二級發電。這就是聯合循環發電,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電燃料。目前天然氣聯合循環發電的技術已相當成熟。已進入商業運作,且規模很大。

  天然氣發電廠運行靈活,機組啟動快,既可基荷發電,也可以調峰發電,便于接近負荷中心,提高供電可靠性,并減少送變電工程量;但是天然氣發電項目承擔的經濟風險要高于燃煤發電廠項目,特別是液化天然氣發電成本高,一般要大大高于燃煤電站,因而天然氣發電廠多用于調峰。

  燃氣發電發展較快,主要是美國。由于美國頁巖氣開發成功,助長了燃氣發電的增長。2017年美國天然氣產量有57%來自頁巖氣(參見《2019年世界天然氣全記錄》)。2018年美國燃氣發電占全球燃氣發電總量的1578.5/6182.8=25.5%,占全球發電總量的1578.5/26614.8=5.9%。

  俄羅斯本身具有豐富的天然氣資源,適合于燃氣發電,但居第二位。日本利用進口的液化天然氣助力燃氣發電的增長,燃氣發電的增長又刺激了全球天然氣液化工業的增長,居第三位。值得注意的是中國2016年燃氣發電進入全球第6位,開始增長勢頭。

燃氣發電(單位:TWh)

  燃氣發電量最多的國家是美國、其次是俄羅斯,但是燃氣發電站最多的是日本,日本早在20世紀70年代就開始利用進口的液化天然氣(LNG)發電。

全球十大燃氣電站

單位換算:1兆瓦=1MW  1億千瓦=0.1TWh

  核能發電

  核能發電是用鈾制成的核燃料在“反應堆”的設備內發生裂變而產生大量熱能,再用處于高壓力下的水把熱能帶出,在蒸汽發生器內產生蒸汽,蒸汽推動汽輪機帶動發電機一起旋轉而發電,并通過電網輸送給消費者。

  根據《World Nuclear Association 2019年7月》的報告,全球核能發電在逐步增長,2018年核能發電量達到2563TWh,比2017年2519 TWh增加了1.7%,人均核電用電量為10.3%。

  美國是世界上核能發電量最多的國家,2019年7月有97座核反應堆,2018年生產808.0TWh,占全球核能發電量總量的808/2563=31.5%,其次是法國為395.9/2563=15.4%;而德國、英國則處于停滯發展階段。

  表中“%e”表示核能發電占發電總量的百分率。全球核能發電占全球發電總量的10.3%,其中法國高達71.7%。

2019年7月主要國家核反應堆及鈾需求

  中國核能發電進展較快,已經躍居全球第三位,但是2018年核能發電占發電總量僅為4.2%,高于2017年,但遠低于全球平均值10.3%,差距仍然很大。論核能發電的發展速度,中國發展最快,在建的核反應堆最多,達13座。擬建的有43座。這是其他國家無法相比的。

中國核能發電量及占發電總量的份額

  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4席,把美國和日本都摔到后面。

全球最大的前十座核電站

再生能源發電

  再生能源發電的比例

  再生能源發電指水力發電、風電場、生物質發電、光伏發電、地熱發電、聚熱發電和海洋能發電等,它是電力發展的重要方向。

  根據BP 2019年的報告,2018年全球再生能源發電占全球總發電量的平均數為25.7%。超過平均數的國家有個特點:水力發電特別多的國家如巴西、加拿大;利用風力發電和光伏特別多的國家如意大利、西班牙、德國等,而富產化石燃料的國家如美國、俄羅斯就比較低。

2018年主要國家再生能源發電的比例(單位:TWh)

  2018年中國再生能源發電得力于水力發電、風力發電和光伏,其發電量為1850.6TWh,占本國的26.0%,占世界再生能源發電總量的1850.6/6827.3=27%;遠強于美國。美國再生能源發電量為760.5 TWh,占美國發電總量的17.0%,占世界再生能源發電總量的760.5/6827.3=11.1%。美國頁巖革命成功,拖延了再生能源發展的后腿。從下表可以看出,美國無論是風能、太陽能或其他再生能源都低于中國的發展水平。

2018年再生能源發展狀況(單位:TWh)

  水力發電

  水力發電(Hydropower)是利用工程措施將天然水能轉換為電能的過程,也是水能利用的基本方式。優點是不消耗燃料,不污染環境,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。水力發電常與防洪、灌溉、航運等相結合,進行綜合利用。

  根據《International Hydropower Association,iha(國際水力發電協會)》2019年的報道,2018年水力發電總裝機容量為1292GW,中國為352GW,占總量的352/1292=27.2%。

  根據BP 2019的報告,中國水力發電量居世界之首,2018年占全球水力發電量的1202.4/4193.1=28.7%;其次為加拿大、巴西。發展最快的要算越南,比去年增加13%。

水力發電量最多的國家(單位:TWh)

  水力發電分為四種類型:常規水電站、抽水蓄能電站、徑流式水電站和潮汐能電站,其中常規水電站占主導地位。

  1、常規水電站(Conventional Hydroelectric Power Stations)

  常規水電站是利用天然河流、湖泊等水能的發電站。世界上最大的水力發電站是在中國的三峽發電站(Three Gorges Dam),裝機容量達22500MW。

  世界上最高的大壩在中國雅礱江上流的錦屏-I大壩(Jinping-I Dam),混凝土高拱壩,壩高305米,2013年建成。2020年最高的大壩將是大渡河上的雙江口大壩(Shuangjiangkou Dam),壩高312米。

  世界上最大的壩體是巴基斯坦塔貝拉大壩(Tarbela Dam),1976年建成,構筑物高達143米,體積為153百萬立方米,裝機容量3478MW。

  世界上儲水量最多的大壩是津巴布韋和贊比西的贊比西河上的卡里巴大壩(Kariba Dam),其次為俄羅斯安加拉河上的布拉茨克大壩(Bratsk Dam)和加納沃爾特湖的阿科松博壩(Akosombo Dam)。我國丹江口大壩(Danjiangkou Dam)居第20位。

全球十大常規水電站電站

  2、抽水蓄能電站(Pumped Storage Power Station)

  抽水蓄能電站一般利用電力系統多余的電量(汛期、假期或后半夜低谷電量),將下水庫的水抽到上水庫儲存;在系統負荷高峰時,將上水庫的水放下,由水輪機驅動水輪發電機發電。具有調峰填谷的雙重作用,是電力系統最理想的調峰電源。此外,它還可以調頻、調相、調壓和作為備用,對保障電網的安全優質運行和提高系統經濟性具有重大作用。

  抽水蓄能電站本身不產生電能,而是在電網中起協調發電與供電矛盾的作用;在短時間負荷高峰時調峰作用巨大;啟動及出力變化快,可保證電網的供電可靠性,提高電網的供電質量。

  世界上第一座抽水蓄能電站是瑞士于1879年建成的勒頓抽水蓄能電站。當今世界上最大的抽水蓄能電站是美國巴斯康蒂抽水蓄能電站,裝機容量達3003MW,其次為中國惠州抽水蓄能電站,裝機容量為2448 MW,廣東抽水蓄能水電站(Guangdong Pumped Storage Power Station),裝機容量為2400MW。

全球五大抽水蓄能電站

  3、徑流式水電站(run-of-the-river hydroelectric power station)

  徑流式水電站,又稱“無調節水電站”。水電站的出力完全取決于河川徑流量的大小,對天然水流(河川徑流)無調節能力。為了充分發揮設備的效益,徑流式水電站多在負荷曲線的基荷部分工作。無調節水庫的電站稱為徑流式水電站。此種水電站按照河道多年平均流量及所可能獲得的水頭進行裝機容量選擇。

  世界上最大的徑流式水電站是美國約瑟夫酋長大壩(Chief Joseph Dam),裝機容量為2620MW。

全球六大徑流式水電站

  4、潮汐能電站 (Tidal Power Stations)

  潮汐能電站是利用海水周期性漲落運動中所具有的能量來發電的發電站,其水位差表現為勢能,其潮流的速度表現為動能。這兩種能量都可以利用,是一種可再生能源。

  世界上最大的潮汐電站是韓國始華湖潮汐電站(Sihwa Lake Tidal Power Station),裝機容量為254MW。中國最大的潮汐電站是江廈潮汐電站(Jiangxia Tidal Power Station ),裝機容量僅為3.9MW。

  擬建中的俄羅斯勘察加半島品仁納灣潮汐電站( Penzhin Tidal Power Plant),裝機容量達87100MW,年發電量可達200TWh,將成為世界上最大的潮汐電站。

全球5大潮汐能電站

 

中國水電站

 

  風電場發電

  風電場(Wind Farm),又稱“風力發電場”。由一批風力發電機組或風力發電機組群組成的電站。通常按照風電場址的主導風向和地形,將機組排成陣列,盡量減少相互間的尾流影響。風電場可以安裝在陸地上,也可以安裝在海洋上。

  風力發電的成本接近天然氣發電,是目前較經濟的再生能源之一。海上風能比陸上多40%的產能,但裝置成本比陸地高60%,并且風險高。盡管如此,與成本昂貴的光伏發電比較,發電量大的離岸風力發電仍然顯示出優越性。

全球風電場裝機容量(單位:GW)

 

  根據REN21 2019年的報告,風輪機主要被西歐國家占領,達47%;而中國風輪機制造商占全球份額的29.7%。

2017年世界上主要風輪機制造商

  根據BP 2019年的報告,2018年全球風電場年增長12.6%,發電量為1170.0TWh,其中發電量最多的國家是中國,中國于2016年超過美國,年增長24.1%,發電量為286.1 TWh,占全球總量的366/1270.0=28.8%。

風電場發電最多的國家(TWh)

  風電場可以設置在陸地,也可以安置在海面上。陸地上最大的風電場是中國甘肅酒泉風電基地,而海洋最大的風電場在英國倫敦陣列。

世界上十大陸地風電場

全球十大海洋風電場

  太陽能發電

  太陽能發電(Solar Power)是將太陽能轉換成電能。其基本途徑有兩種:

  ⑴ 光發電(Photovoltaics ,PV),即光伏發電。將太陽能電池組合在一起,大小規模根據需要而定,可獨立發電,也可并網發電。使用較廣的一種裝置是“太陽電池板”(由很多光電池串聯、并聯而組成的陣列),可產生若干瓦以至千瓦級的功率。

  ⑵ 熱發電(Solar thermal,CSP),即太陽能熱發電。主要是把太陽的能量聚集在一起,產生高溫來驅動汽輪機發電。熱發電的方法較多。有用反射鏡群把太陽能聚集到離地面數米或更高處的鍋爐上,產生蒸汽驅動汽輪機發電的;有利用海面被太陽曬熱,水溫升高,而深海數十米或百米處的海水溫度低,以液氨為工質組成熱力系統發電的,稱為“太陽能海水溫差發電”。

  太陽能熱發電所占份額很小,光伏是太陽能發電主要形式。光伏指射線能量的直接轉換。在實際應用中通常指太陽能向電能的轉換,即太陽能光伏。

  根據REN21 2019年的統計,2018年全球光伏裝機容量增加了100 GW,裝機容量達到505 GW。

全球光伏裝機容量(單位:GW)

  根據BP 2019的報告,2018年全球太陽能發電占全球發電總量的584.8/26614.8=2.2%,占再生能源發電總量的584.8/6827.3=8.6%,其份額較少,但進展較快。

  太陽能發電最多的國家是中國和德國,占全球太陽能發電總量的177.5/584.8=30.4%,而美國居第二位。

太陽能發電最多的國家(單位:TWh)

  光伏電站已經是商業化的成功運行的發電站。中國光伏工業發展是世界上最快的,騰格里沙漠太陽能公園和大同光伏領跑者已經沖過龍羊峽水光互補光伏電站居世界第一。

2017年世界上最大的光伏電站

  太陽能聚光發電(Concentrated solar thermal)是依靠聚光集熱轉換成熱能再轉換成電能進行發電。太陽能熱發電由集熱、輸熱、儲熱、熱交換系統和汽輪發電機組成。太陽能集熱系統有碟式聚光系統、槽式聚光系統和塔式聚光系統三種類型。太陽能發電站投資大,技術尚不成熟,目前還未大規模投入商業運行。

全球10大太陽能聚焦熱電站

  電力的國際貿易

  能源的國際貿易是多樣化的:原煤與焦炭、石油及產品、管輸天然氣與液化天然氣,并由此產生的電力都能夠參與國際貿易。

  在能源貿易中,只有天然氣和電力必須通過網絡貿易,即天然氣通過管道到戶,電力經由電線路到戶。

  天然氣和電力有很大區別:

  1、天然氣只能在油氣田生產,而除了水力發電以外,電力生產方式多種并產地多處。

  2、天然氣能夠被其它燃料所替代,而電力則不能。

  3、天然氣管道跨國線路數千公里,而電力線僅與鄰國相連。

  4、天然氣國際貿易量很大,可達產量的30%,而電力國際貿易量僅為1~2%之間。

  根據世界氣體協會(IGU)發布的《Natural Gas:The Energy for today and future 2017》的報告中,講述能源輸送的損失,100份天然氣到用戶可以獲得92份,而100份電力來源,輸送到用戶,只能獲得32份。

  根據《Global Energy Statistical Yearbook》的統計,電力凈進口國家主要是意大利、美國和巴西。電力凈出口國主要是加拿大、法國和巴拉圭。每年電力進出口可參考網站:https://yearbook.enerdata.net中的電力部分,有Trade部分。

力凈出口前十位國家(單位:TWh)

電力凈進口前十位國家(單位:TWh)

電力單位換算

常用電力單位換算

1萬千瓦=10MW=0.01 GW    1億千瓦=100 GW

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2019年全球電力報告

作者:龐名立  發布時間:2019-07-24   來源:中國電力網

  電力跟經濟發展和人類生活的重要性就不花筆墨了。本文信息量大,直奔主題,免得浪費時間。

  本報告分為兩大部分:非再生能源發電(燃煤發電、燃油發電、燃氣發電和核能發電)和再生能源發電。本報告收集并整理了最新數據來描述全球電力發展的概貌。

  請注意,文中許多地方標注有英文名稱,不是玩弄筆墨,這是告訴您可以通過它來查詢更多的信息,甚至可以找到相應的網站。當然,全文挨個閱讀沒有必要,還是來個分類,您好直切主題。有些不恰當之處或缺乏數據之處也有,敬請包涵。

  目  錄

  前十位國家電力生產量

  人均能源消費和電力消費

  全球電力生產結構

  世界上最大的20座發電站

  1、 非再生能源發電:

         非再生能源發電比例變化

         燃煤發電

         燃油發電

         燃氣發電

         核能發電

  2、 再生能源發電:

         再生能源發電的比例

         水力發電

         風電場發電

         太陽能發電

         電力單位換算

前十位國家電力生產量

  根據《BP Statistical Review of World Energy June 2019》的報告,2018年電力產量僅比2017年增加3.7%。中國是世界上電力生產最多的而且是增幅最大的國家,2018年發電量達7111.8TWh,比2017年增加了7.7%,占世界總量的26.7%;而美國雖然有所增加,2018年發電量為4460.8TWh,比去年增加了3.7%,占全球總量的16.8%。

2013~2018年主要國家的電力生產量(單位:TWh)

人均能源消費和電力消費

  人均能源消費量和人均耗電量在一定程度上反映一個國家或地區經濟發展水平和人民生活水平。根據美國中央情報局2016年的數據,人均能源消費量和人均耗電量最多的國家是冰島和列支敦士登。雖然中國電力產量居世界首位,但人均能源消耗量居世界第63位。

人均能源和電力消費量

全球電力生產結構

  電力生產結構是指電力來自一次能源的比例,以%表示。根據REN21(Renewable Energy Policy Network for the 21st Century)2012~2019年的報告匯集成表。

  2018年可再生能源發電繼續走強。據估計,全球安裝了181GW(吉瓦、千兆瓦),略高于2017年的新增量,總裝機容量增長超過8%。經過多年的穩定增長,該比率年內新增產能持平,全球可再生能源總容量約為2378 GW。2018年底增加約100 GW太陽能光伏,又是一次可再生能源裝機容量的領先者。太陽能光伏發電的增加占新可再生能源的55%。其次是風力發電(28%)和水力發電(11%)。連續第四年增加可再生能源發電量超過了化石燃料的凈安裝量和核容量之和。

  2018年水力發電仍然霸占再生能源發電的主導地位,占再生能源發電的15.8/26.2=60.3%,其次是風力發電5.5/26.2=21.0%、太陽能光伏2.4/26.2=9.2%和生物質發電2.2/26.2=8.4%。2018年底再生能源發電量足以供應全球發電量的26.2%。

2010~2018年全球電力生產結構(REN21統計)

世界上最大的20座發電站

  目前,世界上最大的發電站是中國三峽水電站,該發電站采用了32臺弗蘭西斯水輪機(Francis turbines),每臺功率700MW,另外還有兩臺50MW渦輪機發電,裝機容量共計22500MW。它是世界上最大的核電站——日本柏崎刈羽核電站(Kashiwazaki-Kariwa,7965MW)的兩倍多。2017年正在建設的中國白鶴灘水電站(Baihetan Dam,16000MW)和巴西貝羅蒙特大壩(Belo Monte Dam,11233MW),都無法跟三峽水電站的裝機容量比擬。

  盡管三峽水電站難以抗衡,但有擬建的剛果英戈大壩(Grand Inga Dam),設計的裝機容量達39000MW,將超過所有的發電站的裝機容量,包括三峽大壩。另外一個擬建發電站——俄羅斯勘察加半島品仁納灣潮汐電站( Penzhin Tidal Power Plant),裝機容量達87100MW,也超過了三峽水電站。

  在世界上前20位發電站中,中國水力發電占有5席,均為水力發電。水力發電和核能發電均屬清潔能源發電,獨霸前20強,化石燃料發電的地位逐步降低。

世界上最大的20個電站

非再生能源發電

非再生能源發電比例變化

  電力是現代社會生產和生活的重要物質基礎。隨著各國工業化的發展,人類對電力的需求年年增長。能否提供大量廉價而優質、可靠的電力,直接關系國家經濟發展的進程。

  電力可來自非再生能源發電和再生能源發電。表中2010~2015年數據來自國際能源署(IEA)《Key world energy statistics》報告的數據,而2016~2018年《BP Statistical Review of World Energy June 2018-2019》的數據。

  化石燃料發電仍然占據主導地位,其中以燃煤發電為主,其次是燃氣發電,而燃油發電份額很小。2018年非再生能源發電占全球發電總量的74.3%,比2017年減少了0.7%;而再生能源發電上升到25.7%。

全球電力生產結構匯總  (BP統計)

  燃煤發電

  由于燃煤發電價廉,一直居高位,2011年占全球發電總量的9144/22126= 41.3%,到2018年回落速度緩慢,仍然保持在10100.5/26614.8= 38.0%。2018年最大的燃煤發電生產國是中國,占全球燃煤發電總量的4732.4/10100.5= 46.9%;其次是美國,占總量的1245.8/10100.5= 12.3%,比往年逐步回落。

燃煤發電(單位:TWh)

  燃煤發電仍然霸占全球電力生產的主導地位,主要生產國是中國,居第一位卻是中國臺灣地區—臺中發電廠。另外一種燃煤發電是泥炭發電,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,受到微生物和介質作用,經過分解和合成的變化而形成的一種有機物質。泥炭發電主要在歐洲國家如俄羅斯、芬蘭、愛爾蘭等。

世界上最大的燃煤電站

  燃油發電

  燃油發電在化石燃料發電份額中不占重要地位,而且逐步在降低。2018年僅占全球發電總量的802.8/26614.8=3.0%,比去年870.0/25676.6=3.4%減少了0.4%。燃油發電最多的國家是沙特阿拉伯,占燃油發電總量的150.6/802.8= 18.6%,其次是日本,占60.0/802.8= 7.5%。

燃油發電(單位:TWh)

  燃油發電可分為燃料油(Fuel oil)發電和油頁巖(Oil shale)發電兩種,但其總體規模比燃煤電站和燃氣發電都小。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電及海水淡化廠,但是利用燃油發電最多的國家是日本。

  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。媒體上經常出現頁巖油字樣,不是從油頁巖提煉的,而是從頁巖層經過分段水力壓裂開采出來的輕質原油,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,一種輕質原油。

  油頁巖(oil shale) 或稱干酪根頁巖(kerogen shale),是一種富含有機質、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是不溶于普通有機溶劑的成油物質,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。

世界上最大的燃油電站

  燃氣發電

  燃氣發電是指利用天然氣產生電力。燃燒天然氣把水變成蒸汽,再用蒸汽推動汽輪機帶動發電機運轉而發電,屬于一般的火力發電,其效率較低。天然氣聯合循環發電則是將天然氣燃燒時產生的高溫煙氣,推動燃氣輪機,進行一級發電,然后再利用燃氣輪機排出的高溫煙氣加熱水,產生蒸汽推動汽輪機,進行二級發電。這就是聯合循環發電,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電燃料。目前天然氣聯合循環發電的技術已相當成熟。已進入商業運作,且規模很大。

  天然氣發電廠運行靈活,機組啟動快,既可基荷發電,也可以調峰發電,便于接近負荷中心,提高供電可靠性,并減少送變電工程量;但是天然氣發電項目承擔的經濟風險要高于燃煤發電廠項目,特別是液化天然氣發電成本高,一般要大大高于燃煤電站,因而天然氣發電廠多用于調峰。

  燃氣發電發展較快,主要是美國。由于美國頁巖氣開發成功,助長了燃氣發電的增長。2017年美國天然氣產量有57%來自頁巖氣(參見《2019年世界天然氣全記錄》)。2018年美國燃氣發電占全球燃氣發電總量的1578.5/6182.8=25.5%,占全球發電總量的1578.5/26614.8=5.9%。

  俄羅斯本身具有豐富的天然氣資源,適合于燃氣發電,但居第二位。日本利用進口的液化天然氣助力燃氣發電的增長,燃氣發電的增長又刺激了全球天然氣液化工業的增長,居第三位。值得注意的是中國2016年燃氣發電進入全球第6位,開始增長勢頭。

燃氣發電(單位:TWh)

  燃氣發電量最多的國家是美國、其次是俄羅斯,但是燃氣發電站最多的是日本,日本早在20世紀70年代就開始利用進口的液化天然氣(LNG)發電。

全球十大燃氣電站

單位換算:1兆瓦=1MW  1億千瓦=0.1TWh

  核能發電

  核能發電是用鈾制成的核燃料在“反應堆”的設備內發生裂變而產生大量熱能,再用處于高壓力下的水把熱能帶出,在蒸汽發生器內產生蒸汽,蒸汽推動汽輪機帶動發電機一起旋轉而發電,并通過電網輸送給消費者。

  根據《World Nuclear Association 2019年7月》的報告,全球核能發電在逐步增長,2018年核能發電量達到2563TWh,比2017年2519 TWh增加了1.7%,人均核電用電量為10.3%。

  美國是世界上核能發電量最多的國家,2019年7月有97座核反應堆,2018年生產808.0TWh,占全球核能發電量總量的808/2563=31.5%,其次是法國為395.9/2563=15.4%;而德國、英國則處于停滯發展階段。

  表中“%e”表示核能發電占發電總量的百分率。全球核能發電占全球發電總量的10.3%,其中法國高達71.7%。

2019年7月主要國家核反應堆及鈾需求

  中國核能發電進展較快,已經躍居全球第三位,但是2018年核能發電占發電總量僅為4.2%,高于2017年,但遠低于全球平均值10.3%,差距仍然很大。論核能發電的發展速度,中國發展最快,在建的核反應堆最多,達13座。擬建的有43座。這是其他國家無法相比的。

中國核能發電量及占發電總量的份額

  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4席,把美國和日本都摔到后面。

全球最大的前十座核電站

再生能源發電

  再生能源發電的比例

  再生能源發電指水力發電、風電場、生物質發電、光伏發電、地熱發電、聚熱發電和海洋能發電等,它是電力發展的重要方向。

  根據BP 2019年的報告,2018年全球再生能源發電占全球總發電量的平均數為25.7%。超過平均數的國家有個特點:水力發電特別多的國家如巴西、加拿大;利用風力發電和光伏特別多的國家如意大利、西班牙、德國等,而富產化石燃料的國家如美國、俄羅斯就比較低。

2018年主要國家再生能源發電的比例(單位:TWh)

  2018年中國再生能源發電得力于水力發電、風力發電和光伏,其發電量為1850.6TWh,占本國的26.0%,占世界再生能源發電總量的1850.6/6827.3=27%;遠強于美國。美國再生能源發電量為760.5 TWh,占美國發電總量的17.0%,占世界再生能源發電總量的760.5/6827.3=11.1%。美國頁巖革命成功,拖延了再生能源發展的后腿。從下表可以看出,美國無論是風能、太陽能或其他再生能源都低于中國的發展水平。

2018年再生能源發展狀況(單位:TWh)

  水力發電

  水力發電(Hydropower)是利用工程措施將天然水能轉換為電能的過程,也是水能利用的基本方式。優點是不消耗燃料,不污染環境,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。水力發電常與防洪、灌溉、航運等相結合,進行綜合利用。

  根據《International Hydropower Association,iha(國際水力發電協會)》2019年的報道,2018年水力發電總裝機容量為1292GW,中國為352GW,占總量的352/1292=27.2%。

  根據BP 2019的報告,中國水力發電量居世界之首,2018年占全球水力發電量的1202.4/4193.1=28.7%;其次為加拿大、巴西。發展最快的要算越南,比去年增加13%。

水力發電量最多的國家(單位:TWh)

  水力發電分為四種類型:常規水電站、抽水蓄能電站、徑流式水電站和潮汐能電站,其中常規水電站占主導地位。

  1、常規水電站(Conventional Hydroelectric Power Stations)

  常規水電站是利用天然河流、湖泊等水能的發電站。世界上最大的水力發電站是在中國的三峽發電站(Three Gorges Dam),裝機容量達22500MW。

  世界上最高的大壩在中國雅礱江上流的錦屏-I大壩(Jinping-I Dam),混凝土高拱壩,壩高305米,2013年建成。2020年最高的大壩將是大渡河上的雙江口大壩(Shuangjiangkou Dam),壩高312米。

  世界上最大的壩體是巴基斯坦塔貝拉大壩(Tarbela Dam),1976年建成,構筑物高達143米,體積為153百萬立方米,裝機容量3478MW。

  世界上儲水量最多的大壩是津巴布韋和贊比西的贊比西河上的卡里巴大壩(Kariba Dam),其次為俄羅斯安加拉河上的布拉茨克大壩(Bratsk Dam)和加納沃爾特湖的阿科松博壩(Akosombo Dam)。我國丹江口大壩(Danjiangkou Dam)居第20位。

全球十大常規水電站電站

  2、抽水蓄能電站(Pumped Storage Power Station)

  抽水蓄能電站一般利用電力系統多余的電量(汛期、假期或后半夜低谷電量),將下水庫的水抽到上水庫儲存;在系統負荷高峰時,將上水庫的水放下,由水輪機驅動水輪發電機發電。具有調峰填谷的雙重作用,是電力系統最理想的調峰電源。此外,它還可以調頻、調相、調壓和作為備用,對保障電網的安全優質運行和提高系統經濟性具有重大作用。

  抽水蓄能電站本身不產生電能,而是在電網中起協調發電與供電矛盾的作用;在短時間負荷高峰時調峰作用巨大;啟動及出力變化快,可保證電網的供電可靠性,提高電網的供電質量。

  世界上第一座抽水蓄能電站是瑞士于1879年建成的勒頓抽水蓄能電站。當今世界上最大的抽水蓄能電站是美國巴斯康蒂抽水蓄能電站,裝機容量達3003MW,其次為中國惠州抽水蓄能電站,裝機容量為2448 MW,廣東抽水蓄能水電站(Guangdong Pumped Storage Power Station),裝機容量為2400MW。

全球五大抽水蓄能電站

  3、徑流式水電站(run-of-the-river hydroelectric power station)

  徑流式水電站,又稱“無調節水電站”。水電站的出力完全取決于河川徑流量的大小,對天然水流(河川徑流)無調節能力。為了充分發揮設備的效益,徑流式水電站多在負荷曲線的基荷部分工作。無調節水庫的電站稱為徑流式水電站。此種水電站按照河道多年平均流量及所可能獲得的水頭進行裝機容量選擇。

  世界上最大的徑流式水電站是美國約瑟夫酋長大壩(Chief Joseph Dam),裝機容量為2620MW。

全球六大徑流式水電站

  4、潮汐能電站 (Tidal Power Stations)

  潮汐能電站是利用海水周期性漲落運動中所具有的能量來發電的發電站,其水位差表現為勢能,其潮流的速度表現為動能。這兩種能量都可以利用,是一種可再生能源。

  世界上最大的潮汐電站是韓國始華湖潮汐電站(Sihwa Lake Tidal Power Station),裝機容量為254MW。中國最大的潮汐電站是江廈潮汐電站(Jiangxia Tidal Power Station ),裝機容量僅為3.9MW。

  擬建中的俄羅斯勘察加半島品仁納灣潮汐電站( Penzhin Tidal Power Plant),裝機容量達87100MW,年發電量可達200TWh,將成為世界上最大的潮汐電站。

全球5大潮汐能電站

 

中國水電站

 

  風電場發電

  風電場(Wind Farm),又稱“風力發電場”。由一批風力發電機組或風力發電機組群組成的電站。通常按照風電場址的主導風向和地形,將機組排成陣列,盡量減少相互間的尾流影響。風電場可以安裝在陸地上,也可以安裝在海洋上。

  風力發電的成本接近天然氣發電,是目前較經濟的再生能源之一。海上風能比陸上多40%的產能,但裝置成本比陸地高60%,并且風險高。盡管如此,與成本昂貴的光伏發電比較,發電量大的離岸風力發電仍然顯示出優越性。

全球風電場裝機容量(單位:GW)

 

  根據REN21 2019年的報告,風輪機主要被西歐國家占領,達47%;而中國風輪機制造商占全球份額的29.7%。

2017年世界上主要風輪機制造商

  根據BP 2019年的報告,2018年全球風電場年增長12.6%,發電量為1170.0TWh,其中發電量最多的國家是中國,中國于2016年超過美國,年增長24.1%,發電量為286.1 TWh,占全球總量的366/1270.0=28.8%。

風電場發電最多的國家(TWh)

  風電場可以設置在陸地,也可以安置在海面上。陸地上最大的風電場是中國甘肅酒泉風電基地,而海洋最大的風電場在英國倫敦陣列。

世界上十大陸地風電場

全球十大海洋風電場

  太陽能發電

  太陽能發電(Solar Power)是將太陽能轉換成電能。其基本途徑有兩種:

  ⑴ 光發電(Photovoltaics ,PV),即光伏發電。將太陽能電池組合在一起,大小規模根據需要而定,可獨立發電,也可并網發電。使用較廣的一種裝置是“太陽電池板”(由很多光電池串聯、并聯而組成的陣列),可產生若干瓦以至千瓦級的功率。

  ⑵ 熱發電(Solar thermal,CSP),即太陽能熱發電。主要是把太陽的能量聚集在一起,產生高溫來驅動汽輪機發電。熱發電的方法較多。有用反射鏡群把太陽能聚集到離地面數米或更高處的鍋爐上,產生蒸汽驅動汽輪機發電的;有利用海面被太陽曬熱,水溫升高,而深海數十米或百米處的海水溫度低,以液氨為工質組成熱力系統發電的,稱為“太陽能海水溫差發電”。

  太陽能熱發電所占份額很小,光伏是太陽能發電主要形式。光伏指射線能量的直接轉換。在實際應用中通常指太陽能向電能的轉換,即太陽能光伏。

  根據REN21 2019年的統計,2018年全球光伏裝機容量增加了100 GW,裝機容量達到505 GW。

全球光伏裝機容量(單位:GW)

  根據BP 2019的報告,2018年全球太陽能發電占全球發電總量的584.8/26614.8=2.2%,占再生能源發電總量的584.8/6827.3=8.6%,其份額較少,但進展較快。

  太陽能發電最多的國家是中國和德國,占全球太陽能發電總量的177.5/584.8=30.4%,而美國居第二位。

太陽能發電最多的國家(單位:TWh)

  光伏電站已經是商業化的成功運行的發電站。中國光伏工業發展是世界上最快的,騰格里沙漠太陽能公園和大同光伏領跑者已經沖過龍羊峽水光互補光伏電站居世界第一。

2017年世界上最大的光伏電站

  太陽能聚光發電(Concentrated solar thermal)是依靠聚光集熱轉換成熱能再轉換成電能進行發電。太陽能熱發電由集熱、輸熱、儲熱、熱交換系統和汽輪發電機組成。太陽能集熱系統有碟式聚光系統、槽式聚光系統和塔式聚光系統三種類型。太陽能發電站投資大,技術尚不成熟,目前還未大規模投入商業運行。

全球10大太陽能聚焦熱電站

  電力的國際貿易

  能源的國際貿易是多樣化的:原煤與焦炭、石油及產品、管輸天然氣與液化天然氣,并由此產生的電力都能夠參與國際貿易。

  在能源貿易中,只有天然氣和電力必須通過網絡貿易,即天然氣通過管道到戶,電力經由電線路到戶。

  天然氣和電力有很大區別:

  1、天然氣只能在油氣田生產,而除了水力發電以外,電力生產方式多種并產地多處。

  2、天然氣能夠被其它燃料所替代,而電力則不能。

  3、天然氣管道跨國線路數千公里,而電力線僅與鄰國相連。

  4、天然氣國際貿易量很大,可達產量的30%,而電力國際貿易量僅為1~2%之間。

  根據世界氣體協會(IGU)發布的《Natural Gas:The Energy for today and future 2017》的報告中,講述能源輸送的損失,100份天然氣到用戶可以獲得92份,而100份電力來源,輸送到用戶,只能獲得32份。

  根據《Global Energy Statistical Yearbook》的統計,電力凈進口國家主要是意大利、美國和巴西。電力凈出口國主要是加拿大、法國和巴拉圭。每年電力進出口可參考網站:https://yearbook.enerdata.net中的電力部分,有Trade部分。

力凈出口前十位國家(單位:TWh)

電力凈進口前十位國家(單位:TWh)

電力單位換算

常用電力單位換算

1萬千瓦=10MW=0.01 GW    1億千瓦=100 GW

      關鍵詞:電力, 電力,發電,火電,水電


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