2017 年，中國(guó)用掉了近 6.3 萬(wàn)億度電，其中約 4 萬(wàn)億度來(lái)自燃煤發(fā)電。
每1千克煤，可以換來(lái)2.3度電。為了這4萬(wàn)億度電，中國(guó)每年都要燒掉17億噸煤，每天相當(dāng)于70條遼寧號(hào)的重量。
這些煤從哪里來(lái)?煤是如何變成電的?
打開(kāi)中國(guó)人均 GDP 排行榜，排在第一的不是北上廣，而是鄂爾多斯。這座 2017 年人均GDP高達(dá) 23.5 萬(wàn)元的城市，生產(chǎn)了中國(guó) 17% 的煤，創(chuàng)造了 3000 多億 GDP。
中國(guó)的煤主要產(chǎn)自華北和西北，但中國(guó)的電力消費(fèi)卻集中在東部。僅廣東，江蘇，山東，浙江四省，就用掉了中國(guó)三分之一的電。因此，每天都需要有近 600 萬(wàn)噸的煤，跨越近千公里支援沿海。
中國(guó)有 3 條年運(yùn)量上億噸的運(yùn)煤專(zhuān)線(xiàn)，1992 年通車(chē)的大秦鐵路是運(yùn)量最大的一條。
從山西大同湖東編組站到河北秦皇島港，大秦鐵路每天開(kāi)行 65 列 兩萬(wàn)噸級(jí)重載列車(chē)，每列 212 節(jié)車(chē)廂。長(zhǎng)度相當(dāng)于 12 列和諧號(hào)。
列車(chē)到達(dá)秦皇島港后，煤經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)筒式翻車(chē)機(jī)卸下，再被裝船，運(yùn)往南方。
大秦鐵路的全程運(yùn)價(jià)為每噸 65 元，秦皇島到上海的海運(yùn)價(jià)格為每噸 38 元。算上運(yùn)費(fèi)后，每噸煤的包郵價(jià)大概是五百多元。
送到電站之后，煤會(huì)先被存放在堆場(chǎng)，這里會(huì)有 20 天左右的庫(kù)存。隨后，再被傳送帶送進(jìn)發(fā)電機(jī)組。
發(fā)電機(jī)組主要包括鍋爐，蒸汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)三個(gè)部分。
煤在進(jìn)入鍋爐前將先被碾碎，隨后被熱空氣吹入鍋爐。鍋爐會(huì)將水變成蒸汽。蒸汽輪機(jī)就像是被風(fēng)吹著轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)車(chē)，只是這里的風(fēng)變成了高溫高壓蒸汽，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。
火力發(fā)電的關(guān)鍵在于提高熱能到電能的轉(zhuǎn)化率。
卡諾定律告訴我們，熱機(jī)的最大效率只與高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩粗g的溫度差有關(guān)。輸入蒸汽輪機(jī)的蒸汽的溫度和壓力越高，轉(zhuǎn)化效率就越高。
電站一般會(huì)通過(guò)使用多級(jí)蒸汽輪機(jī)和蒸汽再熱技術(shù)提高轉(zhuǎn)化率。轉(zhuǎn)化率一般在 33 % - 37 % 之間。而地球上效率最高的發(fā)電機(jī)組在是山東萊蕪電廠(chǎng)六號(hào)機(jī)組，熱效率可以達(dá)到 48.12%。
我們?cè)诟咧袑W(xué)的交流發(fā)電機(jī)是單相發(fā)電機(jī)，通過(guò)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生單相交流電。
這種發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是瞬時(shí)功率在每個(gè)周期內(nèi)隨時(shí)間有很大的變化，不利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。
電站常用的是三相發(fā)電機(jī)。三個(gè)呈 120 ° 夾角布置的繞組，可以產(chǎn)生三組頻率相等，狀態(tài)相差三分之一周期的交流電。
這三組交流電的瞬時(shí)功率之和，在任何時(shí)候都相等，因此可以讓發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。我們用的單相交流電，就是取的三相中的某一相。
電站中產(chǎn)生的電力將通過(guò)變壓器升壓之后送上電網(wǎng)，再經(jīng)過(guò)多次變壓，最后降為 220 V 的市電，送進(jìn)你家的插座。
中國(guó)去年因?yàn)槿济喊l(fā)電排放了60億噸二氧化碳，占全世界碳排放量的六分之一。除此之外，還有煙塵，二氧化硫和氮氧化物。
如此巨量的排放也是華北空氣污染的部分成因。
為了控制霧霾，國(guó)務(wù)院在 2013 年發(fā)布了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，根據(jù)這份文件，京津冀地區(qū)將禁止新建燃煤電站，逐漸以其他更清潔的能源替代燃煤。
2017 年初，北京終于關(guān)閉了最后一座燃煤電站，將供電的重任交給了燃?xì)怆娬?。但不?8 個(gè)月，北京就因?yàn)槎咎烊粴夤?yīng)緊張不得不重啟燃煤電站。
評(píng)論