握住科学钥匙 打开科学之门

首页 > 正文

“独占鳌头”的火力发电

2017-12-12 15:46  来源: 科普中国-科学原理一点通

电已经成为我们日常生活不可缺少的一部分,电能是科技发展、国民经济增长的主要动力。照明、冶金、化学、纺织、通信、交通、动力等各个领域都要用电。发电有多种形式,包括火力发电、水力发电、风力发电、燃料电池发电、核电和太阳能光热发电等,由于火力发电使用范围最广,占领了电力的大部分市场,可谓“独占鳌头”。

 

发电界的“霸主”

 

1875年,在法国巴黎火车站的火电厂实现了最早的火力发电。随着发电机的不断完善和输变电技术的改进,特别是社会电气化对电能的需求,火力发电从20世纪30年代开始进入大发展时期。火力发电主要是利用化石燃料或生物质燃料等燃烧生产电能,目前主要以煤为主。燃料在锅炉里燃烧,将化学能转化为热能,热能又将水变为水蒸气,水蒸气带动汽轮机转子转动,由于汽轮机转子与发电机转子通过联轴器连接,发电机转子会跟着汽轮机匀速转动,在电磁感应的作用下,发电机产生电流,最后电流通过变电设备向电网输电。

与其他形式的发电相比,火力发电有着储量丰富、分布广泛的原料,并且技术简单、投资少,容易规模化生产。目前,我国的发电厂主要是燃煤机组,容量约占70%。火电厂无论是对国民经济的发展,还是人民生活水平的提高,都起着重大作用。即便进入21世纪后,出现了各种新兴的发电技术,火力发电仍是发电界的“霸主”。

 

火力发电厂

 

火力发电的“拦路虎”

 

水是生命的源泉,没有水就没有生命,地球上的动植物都离不开水。水也是“工业的血液”,它在制造、加工、冷却、净化、空调、洗涤等方面发挥着重要的作用。火力发电也需要大量的水,可以说水是火力发电的“拦路虎”。

火力发电的原理和过程是一个能量转化过程,它利用燃料(煤、石油或天然气)等蕴藏的化学能,通过燃烧变成热能传给锅炉中的水,使水转变为具有一定压力和温度的蒸汽,蒸汽导入汽轮机后膨胀做功,将热能转变为机械能,然后推动汽轮机旋转,汽轮机转子带动发电机转子一起高速旋转,这样就把机械能转变为电能送至电网。由此看出,在整个能量转化的过程中,水担负着传递能量的重要作用。另外,水也担负着冷却介质的作用,将汽轮机的乏汽冷凝成水循环做功。

实际上,火力发电过程中,热能转换为电能的效率只有40%左右,转化效率为什么不高呢?其中水是最大的“拦路虎”。水蒸气压力的高低直接关系到火力发电的效率,水蒸气压力越高,火力发电效率并不是也越高。科学家发现,温度随着水蒸气压力的升高相应地也越高,但同时温度越高,热的辐射和传导损失的也越多,高温水蒸气意味着更多的热能损失。所以,火力发电过程不能仅仅要高温高压,而是要尽量使水处在蒸发的临界状态,这时火力发电效率最高。

 

火力发电的流程

 

本作品为“科普中国-科学原理一点通”原创 转载时务请注明出处

 

作者: 科学原理一点通   [责任编辑: 吕芮光]