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水、风、光、火、核发电原理、成本、优缺点与上网电价!(2021年版)- 强烈建议收藏

2021-09-30 10:00:43 mana 732

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内容来源:  储  能


正文开始


电,这个现代文明最活跃的因子,

闯入人类生活以来显出了强大的威力,

使人类文明发生了神奇的变化,

丰富了人类绚丽多彩的生活。

而发电的方式有很多种,

火电、核电、水电、风电、光伏发电……

今天,小新跟大家分享五种发电方式

技能点蹭蹭涨哦!

看了视频是不是还不过瘾
更多知识点来啦!

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甭管什么“金木水火土” ,
我们一起来了解一下,
咱们用的电是从哪里来的?

电能是如何发出来的?



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水力发电

水力发电过程就是
充分利用水往低处流的自然规律
将水的势能转换为机械能、电能的过程

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简单来说,
就是在水位落差大的河流修建大坝和水电站,
把水流引入水电站,
冲击水轮机或水车旋转,
带动发电机转子旋转,
电就发出来了。

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中国三峡集团溪洛渡水电站

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风力发电

在山川田野、戈壁荒漠、蔚蓝海面上,
“翩翩起舞”的“大风车”,
就是风力发电机组。
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大唐赤峰塞罕坝风电场

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国家能源集团国电电力舟山海上风电公司普陀风电场

风力发电机组是利用风力带动风车叶轮旋转,
将风能转化为机械能,
发电机再将机械能转化为电能

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风力发电机组输出的电能,
通过集电线路输送到风电场升压站,
升压站升压后再输送到电网,
就变成了千家万户可以使用的清洁风电了。

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光伏发电

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中节能太阳能华东区长兴电站

光伏发电是根据光生伏特效应原理,
利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能,
主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,
主要部件由电子元器件构成,
太阳能电池经过串联后进行封装保护,
可形成大面积的太阳电池组件,
再配合上功率控制器等部件,
就形成了光伏发电装置。
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光伏电站一旦建成之后,
只要有光照,就可以发电,
不再与外界产生物质交换,
但光伏发电获得的能源,
同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。

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火力发电
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以煤、石油或天然气作为燃料的发电厂,
统称为火电厂。

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中国华能裕华热电公司


以燃煤火电厂为例,
这得从“烧开水”说起,
首先把煤炭通过输送设备(输送带),
送到锅炉里燃烧产生热量,
(相当于咱们家用的一个大火炉子)
加热锅炉里的水(相当于水壶)
产生高温高压蒸汽,
蒸汽通过管道到达汽轮机,
推动汽轮机带着发电机一起旋转,
电就从发电机里发出来了。

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核能发电

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华龙一号全球首堆中核集团福建福清核电

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核电站与火电站的发电方式极其相似,
主要区别就是锅炉不一样,
核电站的"锅炉"是核反应堆,
或者说是"核锅炉"。
简单来说,
核燃料在“反应堆”的设备内,
发生裂变而产生大量热能,
再用处于高压力下的水把热能带出,
在蒸汽发生器内产生蒸汽,
蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转,
电就源源不断的产生出来。
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压水堆核电站主要结构
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了解了电的来源和发电原理,

那么电站发电需要吃多少“粮食”呢?

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一度电需要耗费多少“原材料”?



水力发电

由于各电站水头差不同,

不好以固定的单位来衡量一度电所需水量,

以长江三峡为例,

大约每4.2吨长江水三峡电站可发1度电

4.2吨水可供深60厘米普通浴缸洗3次。


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三峡电站多年平均年径流量约4300亿立方米
除去防洪弃水,
平均每年可发电882亿度
每天发电量约占全国1/30


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中国三峡集团三峡水电站 

风力发电

风电的“粮食”是风,
一般风速达到3m/s风车就可以旋转发电

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以国家能源集团内蒙古官村风电场为例,
1.5兆瓦机组的叶片每转动一圈可以产生约1.4度电
1座10万千瓦的风电场一年的发电量约为2.6亿千瓦时
能供4万户普通家庭使用一年。
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国家能源集团内蒙古官村风电场

光伏发电

按照常规的太阳能电池组件来计算,
1KW组件大约10个平方
光照1小时就可发1度电
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常规一家三口电器齐全的情况下,
平均一天耗电6度,
所以理论上,
有一个10平方米的空间放一个1kw太阳能电池组件,
每天光照6小时,
就可做到自给自足。

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目前世界上一次性单体投资规模最大的光伏电站——国电投格尔木并网光伏电站

火力发电

火力发电靠什么燃料呢?
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火力发电靠的是石油、煤炭和天然气等燃料。图片关键词


以煤炭为例
中国大唐东营发电公司煤机组,
每发一度电约需要258g左右煤炭资源
相当于我们常用的一次性纸杯一杯左右。
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大唐东营发电有限公司

核能发电

核电站要发电,
需要“吃”一种特制的“粮食”。

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这种“粮食”我们叫做核燃料,
目前商用核电站的主要使用铀作为核燃料。

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铀燃烧后几乎零排放,
一千克铀-235相当于一个鸡蛋大小,
约可以发电2280万度
相当于深圳三分之二家庭的日用电量,
所以我们常说,
“一个鸡蛋”点亮半个深圳。

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中广核大亚湾核电站

虽然核弹和核电站都以铀为原料
但两者对纯度的要求完全不同
核弹要求铀的纯度在90%以上
而核电站的核燃料一般只需纯度3%左右的铀

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正如烈度白酒可以点燃
啤酒却不能点燃的道理一样
核电站是不会像核弹那样爆炸的

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各种电能自带“光环”

各有特点自成一体

又在惠及人类的过程中

相互兼顾、共同发挥作用

那么他们各自有些特点呢?

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五种发电方式都有哪些优缺点?



水力发电

水力发电是一种再生、清洁能源

既廉价又没有污染

所以受到很多国家欢迎


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水电站在发电的同时还可以控制洪水泛滥

改善航运条件、生态环境

枯水期还可以为下游补水


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中国华电乌江构皮滩水电站

但水电站是“靠天吃饭”,

碰到少雨季节或者突发洪水超过最大拦蓄容量,

就只能采取少发电甚至停发电。


风力发电

风电最大的优点就是清洁、可再生、零排放,

1座10万千瓦的风电场一年可节约标煤9.3万吨

减排二氧化碳25.6万吨

减少向大气排放粉尘1.2万吨。


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国内首个旋转流潮汐海域风电——中国华能灌云海上风电项目

2012年,中国风电装机突破6000万千瓦,

取代美国成为世界第一风电大国。

截至2020年底,

中国风电累计装机容量达到28153万千瓦

在全球排名前十的风电运营商及风机制造商里,

我们均能看到中国企业的身影!


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风电的最大的缺点就是只能“靠天吃饭”,

当风速小于3米/秒或者高于25米/秒时,

风电机组就只能停机待命了。


光伏发电

太阳能光伏发电发电过程简单,

没有机械转动部件,不消耗燃料,

不排放包括温室气体在内的任何物质,

无噪声、无污染;

太阳能资源分布广泛且取之不尽、用之不竭。


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中核集团内蒙古科左欣盛光伏电站

目前太阳能电池的转换效率低

是阻碍光伏发电大面积推广的瓶颈,

但这一缺点会随着技术的提高逐渐淡化。


火力发电

我国的火电站技术成熟,选址灵活,布厂方便,

可有效降低电网输配电耗损。

初投资费用低,占地面积小,建造周期短。

机组受环境、气候等不利因素较小。

运行平稳、可靠,

给我们供暖的热电站也正是利用了火力发电多余的热量,

大大的提高了能源利用率。


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华电山东莱州电厂

但火力发电的主要问题是污染大,耗能大,

后期成本高,可持续发展前景暗淡。


核能发电

核能是安全、经济、高效的清洁能源,

是人类应对气候变化重要能源选择,

也是实现碳达峰碳中和目标重要选项

一座百万千瓦级核电站一年相当于

减少燃煤约300万吨

减少排放二氧化碳600万吨

二氧化硫2.6万吨,氮氧化物1.4万吨,烟灰3500吨

这相当于每年新种植了1.7万公顷树木


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国家电投海阳核电站

但是核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。

核能电厂投资成本大,选址要求高。


各种发电方式各有所长,

那么我国近几年电网用电比例有哪些调整呢?

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我国能源结构有哪些变化?



先来看2000——2019年的发电装机容量数据
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我国2020年的电源结构比例图
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通过数据我们可以看出,

我国的电源消费结构正向清洁低碳加快转变,

火电站开发增速放缓,

清洁能源占比逐年增加。


中央发电企业不断加大水电、风电、光伏等清洁能源发电投资力度,仅2020年,全年完成固定资产投资4814.8亿元,同比增长27.4%。加快推进绿色低碳转型发展和能源结构优化,努力在“碳达峰”“碳中和”进程中发挥主力军作用。

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我国电源侧未来发展方向?



水电站

十四五期间,我国将因地制宜开发常规水电,并加快推进抽水蓄能等调节性电源建设。

风电场

在“30·60目标”引导下的中国能源革命和能源转型中,未来十年乃至更长的时期内,风电产业将保持持续高速增长,将成为践行“绿水青山就是金山银山”的主力军。

光伏电站
2020年我国光伏新增装机48.2GW,连续8年位居全球首位。在光伏能源的进一步发展方面,我国将始终占据前沿,预计2021年新增规模55GW-65GW,国内电站大基地开发将成为新的趋势。
火电站
在以后一段时间内,清洁高效利用的煤电还将在我国能源结构中发挥托底、保供的基础性作用。但火电将从电量型电源,更加快速转变为电力型电源。
核电站
我国核能发展实施“热堆-快堆-聚变堆”三步走战略中,将聚变能作为解决能源问题的最终一步,如果国际热核聚变实验堆(ITER)计划一旦达到其既定目标,就有望打破聚变界“再等50年”魔咒 ,在本世纪中叶实现聚变能的利用。
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发电的过程,

是人类对自然利用开发、造福人类的过程,

同时也是人类爱护自然、回馈自然的过程。

中央企业将带头履行社会责任,

大力推动供给侧能源清洁替代,

促进生产方式绿色转型,

加快构建清洁低碳安全高效的能源体系。


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燃煤发电机组、水电机组、风电机组、光伏发电机组和核电机组的电价多少?五种发电方式的成本如何?

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燃煤发电机组


我国电源结构以燃煤火电机组为主,今后相当一段时间内还很难改变。正是因为燃煤机组的重要性,我国发电机组的上网电价政策一直以燃煤机组上网电价政策为主,历经还本付息电价、经营期电价,现为标杆电价政策时期。

2019年9月26日,国务院常务会议决定完善燃煤发电上网电价形成机制,从明年1月1日1日起,取消煤电联动机制,将现行标杆上网电价机制,改为“基准价+上下浮动”的市场化机制。基准价按各地现行燃煤发电标杆上网电价确定,浮动范围为上浮不超过10%、下浮原则上不超过15%,具体发电企业、售电公司、电力用户等通过协商或竞价确定,但明年暂不上浮,特别要确保一般工商业平均电价只降不升。
31省燃煤基准价格如下:

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影响燃煤火电机组上网电价的因素主要有煤价、工程造价、年发电利用小时数、机组固定成本、长期贷款利率、折旧率等。其中:影响标杆上网电价水平的三个主要因素,依次是煤价、工程造价、年发电利用小时。不同时期、不同机组,燃料成本占发电成本50%-70%。

2
水力发电机组


水力发电是水能利用的一种重要方式。水力发电通常要修筑挡水坝,用以集中河段的落差,并形成水库,水库可以调节流量、拦蓄洪水。按调节周期划分,即按水库一次蓄泄循环的时间来分,包括无调节、日调节、周调节、年调节和多年调节等。无调节,是水库没有调节库容,按天然流量供水;日调节,是将水库一日内的均匀来水,按用水部门的需水过程进行调节,水库中的水位在一昼夜内完成一个循环;周调节,利用水库将周内假日的多余水量蓄存起来,在其他工作日用,周调节水库一般也同时进行日调节;年调节,对年内丰、枯季的径流进行重新分配的调节(季节性变化);多年调节,水库库容很大,丰水年份蓄存的多余水量,用以补充枯水年份的水量不足。

据2005年全国水力资源复查结果,我国大陆水力资源理论蕴藏量在1万千瓦及以上的河流3886条,经济可开发装机容量40180万千瓦。

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数据来源:公开资料

我国水电上网电价政策呈多样化格局,分为按经营期上网电价、标杆上网电价和根据受电市场平均上网电价倒推定价等。2014年1月11日,《国家发展改革委关于完善水电上网电价形成机制的通知》(发改价格〔2014〕61号):

对2014年2月1日以后新投产的水电站中跨区跨省域交易价格由供需双方协商确定;省内上网电价实行标杆电价制度,并根据水电站在电力系统中的作用,可实行丰枯分时电价或者分类标杆电价;鼓励通过竞争方式确定水电价格;逐步统一流域梯级水电站上网电价。

抽水蓄能电站是一种特殊的水电站,在用电低谷时用过剩电力将水从下水库抽到上水库储存起来,然后在用电高峰时将水放出发电,并使水流到下水库。抽水蓄能电站是解决系统调峰、低谷之间供需矛盾、保证新能源发展而建设的水电站,还能担负系统的调频、调相和事故备用等辅助服务功能。一般认为,抽水蓄能电站“4度换3度”,抽水时消耗4度电,发电时只能发出3度,可以认为转换效率75%。基于此,抽水蓄能电站上网电机与其他电源的上网电价有根本区别,主要有电网统一经营、单一电量电价、两部制电价、租赁电价。

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国网新源安徽响水涧抽水蓄能电站

2014年7月31日,《国家发展改革委关于完善抽水蓄能电站价格形成机制有关问题的通知》(发改价格〔2014〕1763号),进一步完善抽水蓄能电站价格形成机制。电力市场形成前,抽水蓄能电站实行两部制电价。电价按照合理成本加准许收益的原则核定。
电网企业向抽水蓄能电站提供的抽水电量,电价按燃煤机组标杆上网电价的75%执行。抽水蓄能电站容量电费和抽发损耗纳入当地省级电网(或区域电网)运行费用统一核算,并作为销售电价调整因素统筹考虑。
2021年5月7日,国家发改委发布《关于进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见》,明确以竞争性方式形成电量电价,将容量电价纳入输配电价回收抽水蓄能容量电价核定办法规定,电站经营期按40年核定,经营期内资本金内部收益率按 6.5%核定同时强化与电力市场建设发展的衔接,逐步推动抽水蓄能电站进入市场,着力提升电价形成机制的科学性、操作性和有效性,充分发挥电价信号作用。
据统计,截至2020年年底,我国抽水蓄能电站总装机规模达到3149万千瓦,但仅占我国电源总装机的1.43%,还无法满足新能源快速发展和电网调峰调频的需求。抽水蓄能新价格机制的发布执行,将吸引更多社会资本加入。
3
风力发电机组


风电上网电价历经初期参照燃煤电厂定价、审批电价、招标和审批电价并存、招标加核准方式、标杆电价。当前,正处于标杆上网电价向平价、低价上网过渡。平价上网电价是指与燃煤机组标杆上网电价平价,不需要国家补贴。低价上网电价是指低于燃煤机组标杆上网电价。

2019年5月21日,《国家发展改革委关于完善风电上网电价政策的通知》(发改价格〔2019〕882号),将陆上风电、近海风电标杆上网电价改为指导价,新核准的集中式陆上风电项目、近海海上风电上网电价全部通过竞争方式确定,不得高于项目所在资源区指导价;潮间带海上风电通过竞争方式确定的上网电价,不得高于项目所在资源区陆上风电指导价。

2021年开始,风电项目将全面去补贴,进入平价时代。
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数据来源:公开资料

从全生命周期看,风电的成本主要可以分为机组成本、建设成本、运维成本、人员成本与材料费等。

4
太阳能发电机组


太阳能发电分为光伏发电(PV)和光热发电(CSP)。光伏发电有集中式的地面电站,也有与建筑物相结合的分布式光伏发电项目。 

2019年4月28日,《国家发展改革委关于完善光伏发电上网电价机制有关问题的通知》(发改价格〔2019〕761号),将集中式光伏电站标杆上网电价改为指导价,新增集中式光伏电站上网电价原则上通过市场竞争方式确定,不得超过所在资源区指导价。

2021年开始,除户用光伏以外,光伏项目将全面去补贴,进入平价时代。31省新建光伏发电、风电项目指导价(单位:元/千瓦时)如下:

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国家能源局组织实施的首批太阳能热发电示范项目于2019年和2020年全容量并网的,上网电价按照每千瓦时1.10元执行;2021年全容量并网的,上网电价按照每千瓦时1.05元执行。2022年1月1日后并网的首批太阳能热发电示范项目中央财政不再补贴。


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核电机组


我国核电装机容量比例相对较小。与一般火电机组一样,核电成本主要由建设成本、运维成本、燃料成本组成。核电成本还有长期成本有较大下降空间、地域差异不明显等特点。


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图片来源:网络图

由于核电技术上不适宜参与市场竞争,2013年以前,我国对核电基本实行一厂一价。

2013年6月15日,国家发展改革委印发《关于完善核电上网电价机制有关问题的通知》(发改价格〔2013〕1130号),对2013年1月1日以后新建核电机组实行标杆上网电价政策(根据目前核电社会平均成本与电力市场供需状况,核定全国核电标杆上网电价为每千瓦时0.43元);全国核电标杆上网电价高于核电机组所在地燃煤机组标杆上网电价(含脱硫、脱硝加价,下同)的地区,新建核电机组投产后执行当地燃煤机组标杆上网电价;对承担核电技术引进、自主创新、重大专项设备国产化任务的首台或首批核电机组或示范工程,其上网电价可适当提高。
2020年,各种类型发电项目的电价如下图所示:(单位元/千瓦时)
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各地电价表

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浙江:

2021年1月1日起,浙江省大工业平均销售电价预计将较2019年下降每千瓦时5.2分。大工业用电1-10千伏、20千伏、35千伏、110千伏、220千伏及以上各电压等级低谷电价每千瓦时将分别下降6.25分、6.25分、6.25分、6.05分、7.25分。同时,7、8月份各电压等级低谷电价在上述降价基础上再下调2分钱。政策实施后,预计年减轻我省大工业用户用电成本约115亿元,为促进我省制造业高质量发展营造良好环境。

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江苏:
根据新政,从2021年1月1日起,大工业、一般工商业平均销售电价将较第一监管周期分别下降每千瓦时4.55分和0.46分。大工业用电1-10千伏、20-35千伏、35-110千伏、110千伏、220千伏及以上的各电压等级目录销售电价,每千瓦时分别下调3.5分、3.9分、4.5分、5.5分和6.5分。
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本文整合自:国资小新、能源大讲堂、智汇光伏等

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