世界電力發(fā)展簡史復(fù)習(xí)課程

1、世界電力發(fā)展簡史世界電力發(fā)展簡史一、電的產(chǎn)生1 1 . .公元前的琥珀和磁石希臘七賢中有一位名叫泰勒斯的哲學(xué)家。公元前 600600 年前后，泰勒斯看到當(dāng)明的希臘人通過摩擦琥珀吸引羽毛，用磁錢礦石吸引鐵片的現(xiàn)象，曾對其原因進(jìn)行過一番思考。據(jù)說他的解釋是：“萬物皆有靈。磁吸鐵，故磁有靈?！边@里所說的“磁”就是磁鐵礦石。希臘人把琥珀叫做 elektronelektron”(與英文“電”同音)。他們從波羅的海沿岸進(jìn)口琥珀，用來制作手鐲和首飾。當(dāng)時的寶石商們也知道摩擦琥珀能吸引羽毛，不過他們認(rèn)為那是神靈或者魔力的作用。 在東方， 中國人民早在公元前 25002500 年前后就已經(jīng)具有天然的磁石知識。據(jù)

2、呂氏春秋一書記載，中國在公元前 10001000 年前后就已經(jīng)有了指南針，他們在古代就已經(jīng)用磁針來辨別方向了。2 2 . .磁，靜電通常所說的摩擦起電，在公元前人們只知道它是一種現(xiàn)象。很長時間里，關(guān)于這一種現(xiàn)象的認(rèn)識并沒有進(jìn)展。而羅盤則在 1313 世經(jīng)就已經(jīng)在航海中得到了應(yīng)用。那時的羅盤是把加工成針形的磁鐵礦石放在秸稈里，使之能浮在水面上。到了1414 世紀(jì)初，又制成了用繩子把磁針吊起來的航海羅盤。這種羅盤在 14921492 年哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲新大陸以及 15191519 年麥哲倫發(fā)現(xiàn)環(huán)繞地球一周的航線時發(fā)揮了重要的作用。(1)(1)磁，靜電與吉爾伯特(2)(2)英國人吉爾伯特是伊麗莎白女王

3、的御醫(yī)，他在當(dāng)醫(yī)生的同時，也對磁進(jìn)行了研究。他總結(jié)了多年來關(guān)于磁的實驗結(jié)果，于 16001600 年出了一本取名為論磁學(xué)的書。書中指出地球本身就是一塊大磁石，并且闡述了羅盤的磁傾角問題。(3)(3)吉爾伯特還研究了摩擦琥珀吸引羽毛的現(xiàn)象， 指出這種現(xiàn)象不僅存在于琥珀上，而且存在于硫磺，毛皮，陶瓷，火漆，紙，絲綢，金屬，橡膠等是摩擦起電物質(zhì)系列。把這個系列中的兩種物質(zhì)相互摩擦，系列中排在前面的物質(zhì)將帶正電，排在后面的物質(zhì)將帶負(fù)電。(4)(4)那時候，主要的研究方法就是思考，而他主張真正的研究應(yīng)該以實驗為基礎(chǔ)，他提出這種主張并付諸實踐，在這點上，可以說吉爾伯特是近代科學(xué)研究方法的開創(chuàng)者。(5)(5

4、)雷和靜電(6)(6)在公元前的中國，打雷被認(rèn)為是神的行為。說是有五位司雷電的神仙，其長者稱為雷祖，雷祖之下是雷公和電母。打雷就是雷公在天上敲大鼓，閃電就是電母用兩面鏡子把光射向下界。到了亞里斯多德時代就已經(jīng)比較科學(xué)了。認(rèn)為雷的發(fā)生是由于大地上的水蒸氣上升，形成雷雨云，雷雨云遇到冷空氣凝縮而變成雷雨，同時伴隨出現(xiàn)強(qiáng)光。認(rèn)為雷是靜電而產(chǎn)生的是英國人沃爾，那是 17081708 年的事。1741748 8年， 富蘭克林基于同樣的認(rèn)識設(shè)計了避雷針。 能不能用什么辦法把這種靜電收集起來？這個問題很多科學(xué)家都考慮過。17461746年，萊頓大學(xué)教授繆森布魯克發(fā)明了一種存貯靜電的瓶子，這就是后來很有名的“

5、萊頓瓶”。(7)(7)繆森布魯克本來想像往瓶子里裝水那樣把電裝進(jìn)瓶子里，他首先在瓶子里灌上水，然后用一根金屬絲把摩擦玻璃棒扔到水里。就在他的手接觸到瓶子和棒的一瞬間，他被重重地電擊”了一下。據(jù)說他曾這樣說過：就算是國王命令，我也不想再做這種可怕的實驗了”。(8)(8)富蘭克林聯(lián)想到往萊頓瓶里蓄電的事， 于 17521752 年 6 6 月做了一個把風(fēng)箏放到雷雨云里去的實驗。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了雷雨云有時帶正電有時帶負(fù)電的現(xiàn)象。這個風(fēng)箏實驗很有名，許多科學(xué)家都很感興趣，也跟著做。17531753 年 7 7 月，俄羅斯科學(xué)家利赫曼在實驗中不幸遭電擊身亡。通過用各種金屬進(jìn)行實驗，意大利帕維亞大學(xué)教授伏打

6、證明了鋅，鉛，錫，鐵，銅，銀，金，石墨是個金屬電壓系列，當(dāng)這個系列中的兩種金屬相互接觸時，系列中排在前面的金屬帶正電，排在后面的金屬帶負(fù)電。他把銅和鋅做為兩個電極置于稀硫酸中，從而發(fā)明了伏打電池。電壓的單位伏特”就是以他的名字命名的。(9)(9)1919 世紀(jì)初，正是法國大革命后進(jìn)入拿破侖時代。拿破侖從意大利歸來，在 18011801 年把伏打召到巴黎，讓他做電實驗，伏打也因此獲得了拿破侖授予的金質(zhì)獎?wù)潞腿R吉諾-多諾爾勛章(10)(10)伏打電池的利用與電磁學(xué)的發(fā)展(11)(11)伏打電池發(fā)明之后，各國利用這種電池進(jìn)行了各種各樣的實驗和研究。德國進(jìn)行了電解水的研究，英國化學(xué)家戴維把 20002

7、000 個伏打電池連在一起，進(jìn)行了電弧放電實驗。戴維的實驗是在正負(fù)電極上安裝木炭，通過調(diào)整電極問距離使之產(chǎn)生放電而發(fā)出強(qiáng)光，這就是電用于照明的開始。(12)(12)18201820 年，丹麥哥本哈根大學(xué)教授奧斯特在一篇論文中公布了他的一個發(fā)現(xiàn)：在與伏打電池連接了的導(dǎo)線旁邊放一個磁針，磁針馬上就發(fā)生偏轉(zhuǎn)。俄羅斯的西林格讀了這篇論文，他把線圈和磁針組合在一起，發(fā)明了電報機(jī)(1831(1831 年)，這可說是電報的開始。其后，法國的安培發(fā)現(xiàn)了關(guān)于電流周圍產(chǎn)生的磁場方向問題的安培定律(18201820 年)，法拉第發(fā)現(xiàn)了劃時代的電磁感應(yīng)現(xiàn)象(1831(1831 年)，電磁學(xué)得到了飛速發(fā)展。二、電力設(shè)備

8、的產(chǎn)生可以說，18201820 年奧斯特所發(fā)現(xiàn)的電磁作用就是電動機(jī)的起源。而 18311831 年法拉第所發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)就是發(fā)電機(jī)的變壓器的起源。(1)(1)發(fā)電機(jī)(2)(2)18321832 年，法國人畢克西發(fā)明了手搖式直流發(fā)電機(jī)，具原理是通過轉(zhuǎn)動永磁體使磁通發(fā)生變化而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并把這種電動勢以直流電壓形式輸出。(3)(3)18661866 年，德國的西門子發(fā)明了自勵式直流發(fā)電機(jī)。(4)(4)18691869 年，比利時的格拉姆制成了環(huán)形電樞，發(fā)明了環(huán)形電樞發(fā)電機(jī)。 這種發(fā)電機(jī)是用水力來轉(zhuǎn)動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的， 經(jīng)過反復(fù)改進(jìn)， 于 18471847 年得到了 32K32KW W勺輸出

9、功率。(5)(5)18821882 年，美國的戈登制造出了輸出功率 447KW447KW 高 3 3 米，重 2222 噸的兩相式巨型發(fā)電機(jī)。(6)(6)美國的特斯拉在愛迪生公司的時候就決心開發(fā)交流電機(jī)，但由于愛迪生堅持只搞直流方式， 因此他就把兩相交流發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的專利權(quán)賣給了西屋公司。(7)(7)18961896 年，特斯拉的兩相交流發(fā)電機(jī)在尼亞拉發(fā)電廠開始勞動營運，3750KW5000V3750KW5000V 的交流電一直送到 4040 公里外的布法羅市。(8)(8)18891889 年，西屋公司在俄勒岡州建設(shè)了發(fā)電廠，18921892 年成功地將1500015000 伏電壓送到了皮茨

10、菲爾德。(9)(9)電動機(jī)10)10)18341834 年，俄羅斯的雅可比試制出了由電磁鐵構(gòu)成的直流電動機(jī)。18381838 年，這種電動機(jī)開動了一艘船，電動機(jī)電源用了 320320 個電池。止匕外，美國的文波特和英國的戴比德遜也造出了直流電動機(jī)(18361836 年)，用作印刷機(jī)的動力設(shè)備。由于這些電動機(jī)都以電池作為電源，所以未能廣泛普及。11)11)11)188711)1887 年，前面所講過的特斯拉兩相電動機(jī)作為實用化感應(yīng)電動機(jī)的發(fā)展計劃開始啟動。18971897年，西屋公司制成了感應(yīng)電動機(jī)，設(shè)立專業(yè)公司致力于電動機(jī)的普及。(12)(12)變壓器(13)(13)發(fā)電端在向外輸送交流電的時

11、候，要先把交流電壓升高，到了用電端，又得把送來的交流電壓降低。因此，變壓器是必不可少的。(14)(14)18311831 年，法拉第發(fā)現(xiàn)磁可以感應(yīng)生成電，這就是變壓器誕生的基礎(chǔ)。(15)(15)18821882 年，英國的吉布斯獲得了“照明與動力用配電方式”專利，其內(nèi)容就是將變壓器用于配電，當(dāng)時所用的變壓器是磁路開放式變壓器。(16)(16)西屋引進(jìn)了吉布斯的變壓器，經(jīng)過研究，于 18851885 年開發(fā)出了實用的變壓器。止匕外，在此前一年的 18841884 年，英國的霍普金森制成了閉合磁路式變壓器。三、電力工業(yè)興起電力工業(yè)就是將一次能源如煤炭、石油、天然氣、核燃料、水能、風(fēng)能、太陽能等經(jīng)發(fā)

12、電設(shè)施轉(zhuǎn)換成電能，再通過輸電、變電與配電系統(tǒng)供給用戶作能源的工業(yè)部門18501850 年，馬克思在看到一臺電力機(jī)車模型后，就曾預(yù)言：“蒸汽大王在前一個世紀(jì)中翻轉(zhuǎn)了整個世界，現(xiàn)在它的統(tǒng)治已到末日，另外一個更大得無比的革命力量電力將取而代之?！?00100 多年來的歷史充分證實了馬克思預(yù)言的正確。18751875 年，巴黎北火車站建成世界上第一座火電廠，安裝經(jīng)過改裝的格拉姆直流發(fā)電機(jī)，為附近照明供電。18791879 年，美國舊金山實驗電廠開始發(fā)電，這是世界上最早出售電力的電廠。18821882 年，美國建成紐約珍珠街電廠，裝有 6 6 臺直流發(fā)電機(jī)，總?cè)萘?900900 馬力（約 670670

13、千瓦），以 110110 伏直流電供電燈照明。這是世界上第一座較正規(guī)的電廠。在此前后，世界各國陸續(xù)建成幾座容量為千千瓦級的電廠。其中，著名的有倫敦德特福德火電廠，如下圖。進(jìn)入 9090 年代，水電站的規(guī)模發(fā)展到萬千瓦級以至十萬千瓦級。如美國尼亞加拉水電站（18951895）, ,設(shè)計容量 14.714.7 萬千瓦，這是商業(yè)性水電站的發(fā)端。2020 世紀(jì)巴西和巴拉圭合建的伊泰普水電站（如下圖），中國的三峽電站沒有建的時候這里是世界上最大的水電站，裝機(jī) 12601260 萬千瓦，年發(fā)電量 710710 千瓦2020 世紀(jì)初，為適應(yīng)電力工業(yè)發(fā)展的需要，電工制造業(yè)生產(chǎn)出萬千瓦級的機(jī)組，如瑞士勃朗-鮑威

14、力有限公司生產(chǎn)的 1.51.5 萬千瓦機(jī)組（19021902），美國西屋電氣公司的 1 1 萬千瓦機(jī)組到 19121912 年，汽輪發(fā)電機(jī)組的容量達(dá)到 2.52.5 萬千瓦。進(jìn)入 2020 年代，美國已制成 1 10 0萬千瓦的機(jī)組。電力工業(yè)已從萌芽發(fā)展到初具規(guī)模。19131913 年,全世界的年發(fā)電量已達(dá) 500500 億千瓦時。電力工業(yè)已作為一個獨立的工業(yè)部門，進(jìn)入人類的生產(chǎn)活動領(lǐng)域。四、電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢20132013 年中國的 GDPGDP 增長率為 7.7%,7.7%,高于年初所制定的 7.57.5 的發(fā)展目標(biāo)，在188188188188按發(fā)電技術(shù)劃分，化石燃料發(fā)電量占全球總發(fā)電量

15、的比重為 70%70%（如上圖），與 20122012 年的 70.5%70.5%相比略有下降。水電和核電發(fā)電量占比分別為 14.2%14.2%和 10.9%10.9%。而新能源發(fā)電在 20132013 年延續(xù)了高速增長的趨勢，年發(fā)電量同比增速達(dá)到了3%,3%,占全球發(fā)電量總額的 5.2%,5.2%,與整體發(fā)電量增速緩慢形成了鮮明對比。這主要是由以風(fēng)電和光伏發(fā)電為主的新能源發(fā)電技術(shù)水平不斷提高、發(fā)電成本不斷下降、上下游產(chǎn)業(yè)更加成熟、應(yīng)用方式更加靈活多樣所導(dǎo)致的，預(yù)計未來這一趨糾等持續(xù)并加速。在新能源發(fā)電領(lǐng)域，20132013 年光伏新增裝機(jī)容量首次超過風(fēng)電新增裝機(jī)容量（如下圖）。受美國生產(chǎn)稅抵

16、免政策（ProductionTaxCredt,PTCProductionTaxCredt,PTC）中斷影響，20132013 年全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量僅為 35.1GW,35.1GW,而光伏新增裝機(jī)容量則達(dá)到 38.7GW,38.7GW,超過風(fēng)電3.6GW3.6GW。其中，光伏發(fā)電最大的增長動力來自中國和日本，除中國在 20132013年實現(xiàn)了 12GW12GW 的光伏新增裝機(jī)容量外， 日本在“新能源改革計劃”的推動下， 光伏新增裝機(jī)容量也達(dá)到了 6.7GW6.7GW。相比風(fēng)電和光伏，其他新能源技術(shù) 20132013年的新增裝機(jī)容量增長均較為有限：生物質(zhì)及垃圾發(fā)電 55Gw55Gw、地?zé)岚l(fā)電 1

17、.1GW1.1GW。木力置/總之，目前世界各國都在未來電力工業(yè)的發(fā)展，首先關(guān)心的是非再生一次能源和發(fā)電技術(shù)。歐盟出于環(huán)境保護(hù)的考慮，在哥本哈根氣候峰會要求 CO2CO2 排放量到 20202020 年比 19901990 年減少 30%,30%,所以很多國家傾向于天然氣發(fā)電，但天然氣成本較高，儲量有限，不可能取代燃煤，大功率的燃?xì)廨啓C(jī)（10-1510-15 萬 kWkW）作為大的電力系統(tǒng)中的高峰負(fù)荷機(jī)組最有競爭力，設(shè)有注水裝置或干式低 NO2NO2 燃燒器的機(jī)組可減步排放的污染。目前較多注意聯(lián)合循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)，火力發(fā)電廠中燒煤和燒油仍占很大比例。燒煤電廠的技術(shù)改造受到各國重視，如松煤發(fā)電廠的煙

18、氣處理、循環(huán)流化床、加壓流化床燃燒等。煤的氣化可取代不足的大然氣井滿足環(huán)境要求，但投資費用很高。對核能發(fā)電有安全的顧慮，意大利就曾停止了部分核電廠的建設(shè)，前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電廠發(fā)生事故后，也部分關(guān)閉和改造。隨著安全保護(hù)措施的提高，核電仍有很多國家優(yōu)先考慮，法國的發(fā)電量中有 70%70%以上為核電，并正在發(fā)展一種法德方案的歐洲壓水堆（EPREPR）。意大利將重新考慮發(fā)展核電，至 I I20202020 年計劃達(dá)到 25002500 萬 kW,kW,其次關(guān)心的是節(jié)能措施，熱電聯(lián)供可節(jié)省一次能源，減少環(huán)境污染。建議將熱電聯(lián)供納入電力工業(yè)的規(guī)劃，以免影響全系統(tǒng)出力的優(yōu)化，電價政策可促使合理用電，改變系

19、統(tǒng)負(fù)荷曲線，有效地利用裝機(jī)容量，減少對電力工業(yè)的壓力，達(dá)到節(jié)電目的。如意大利對可切斷負(fù)荷實行優(yōu)惠電價，從上世紀(jì) 8080 年代就開始對工業(yè)和民用負(fù)荷實行每天和每年間的不同時間不同電價制，以調(diào)節(jié)負(fù)荷，同時在輸配電系繞中實行功率的地區(qū)平衡，采用合理的無功功率補(bǔ)償裝置和低損耗的變壓器，均可降低線損。在再生能源方面，當(dāng)前仍以水電為主。但一些發(fā)達(dá)國家的水力資源己瀕臨殆盡，水電在整個電力工業(yè)中的比重越來越小。太陽能、風(fēng)能和潮汐能到20202020 年還只能占很小比例。電力系統(tǒng)間的跨地區(qū)和跨國互聯(lián)將進(jìn)一步得到重視和發(fā)展。五.中國電力系統(tǒng)發(fā)展特點我國電力行業(yè)發(fā)展迅猛，電源結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，火電優(yōu)化水平提高，水電開

20、發(fā)力度加大，電網(wǎng)建設(shè)不斷加強(qiáng)，電力環(huán)保成績顯著，電力裝備技術(shù)不斷提高，多項技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。進(jìn)入 2121 世紀(jì)，電力需求更加旺盛，發(fā)展?jié)摿薮?，電力建設(shè)任務(wù)仍十分艱巨，電力系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢是開發(fā)新能源，開發(fā)節(jié)能環(huán)保的新產(chǎn)品，降低設(shè)備的功耗，加快研究更高一級的電壓輸電技術(shù)，推廣柔性輸電技術(shù)，加快電網(wǎng)建設(shè)，優(yōu)化資源配置，繼續(xù)推廣城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造，形成可靠地配電網(wǎng)絡(luò)。我國電力發(fā)展的基本方針是：提高能源效率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，大力開發(fā)水電，優(yōu)化發(fā)展煤電，積極推進(jìn)核電建設(shè)，適度發(fā)展天然氣發(fā)電，鼓勵新能源和可再生能源發(fā)電，帶動裝備工業(yè)發(fā)展，深化體制改革。在此方針的指導(dǎo)下，結(jié)合近期電

21、力工業(yè)建設(shè)重點及目標(biāo)，我國電力系統(tǒng)發(fā)展將呈現(xiàn)以下四個鮮明特點：1.1.自動化水平逐步提高、安全性和可靠性得到充分重視。先進(jìn)的繼電保護(hù)裝置、變電站綜合自動化系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)以及電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制自動化系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。 隨著電網(wǎng)建設(shè)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)、 電網(wǎng)自動化水平的提高， 大陸電網(wǎng)安全穩(wěn)定事故大幅下降。 電網(wǎng)供電可靠性也有較大提高，平均供電可靠性為 99.820%99.820%。2.2.經(jīng)濟(jì)、高效和環(huán)保。隨著大容量機(jī)組的應(yīng)用、電網(wǎng)的發(fā)展以及先進(jìn)技術(shù)的廣泛采用，煤耗與網(wǎng)損逐年下降。新建火電廠將廣泛采用大容量、高效節(jié)能機(jī)組，采用脫硫技術(shù)和控制 NOXNOX 的排放。到 20202020 年，

22、在人口密集地區(qū)，將建設(shè) 60GW60GW 的天然氣發(fā)電機(jī)組和 40GW40GW 的核電機(jī)組。 在電網(wǎng)建設(shè)方面， 將采用先進(jìn)技術(shù)提高單位走廊輸電能力、降低網(wǎng)損，加強(qiáng)環(huán)境和景觀保護(hù)，城市電網(wǎng)將逐步提高電纜化率、推廣變電站緊湊化設(shè)計。3.3.結(jié)構(gòu)調(diào)整力度就會繼續(xù)加大。將重點推進(jìn)電流域梯級綜合開發(fā)，加快建設(shè)大型水電基地， 因地制宜開發(fā)中小型水電站和發(fā)展抽水蓄能電站， 使水電開發(fā)率有較大提高。 合理布局發(fā)展煤電， 加快技術(shù)升級， 節(jié)約資源， 保護(hù)環(huán)境，節(jié)約水電， 提高煤電技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)性。 實現(xiàn)百萬千瓦級壓水堆核電工程設(shè)計、設(shè)備制造本土化、批量化的目標(biāo)，全面掌握新一代百萬千瓦級壓水堆核電工程設(shè)計和設(shè)備制造技術(shù)， 積極推進(jìn)高溫氣冷堆核電技術(shù)研究和應(yīng)用。 在電力負(fù)荷中心、環(huán)境要求嚴(yán)格、電價承受力強(qiáng)的地區(qū)，因地制宜技術(shù)適當(dāng)規(guī)模的天然氣電廠，提高天然氣發(fā)電比重。在風(fēng)力資源豐富地區(qū)，開發(fā)較大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電廠；在大電網(wǎng)覆蓋不到的邊遠(yuǎn)地區(qū)，發(fā)展太陽能光伏發(fā)電