能源——火電、核電、水電比較

孫意菲

(黑龍江省慶達(dá)水利水電工程有限公司，哈爾濱 150080)

能源
——火電、核電、水電比較

孫意菲

(黑龍江省慶達(dá)水利水電工程有限公司，哈爾濱 150080)

在當(dāng)今世界，能源的發(fā)展、能源和環(huán)境，是全世界、全人類共同關(guān)心的問題，也是我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問題。在眾多的能源中，電能是支撐全社會(huì)發(fā)展的主要能源。而電能的主要來源，又分為:火電、水電與核電。文章對3種發(fā)電方式進(jìn)行了比較，并提出一些見解。

火電;核電;水電;工作原理;優(yōu)缺點(diǎn)

1 火電

1.1 基本情況

火電就是利用煤、石油、天然氣等固體、液體燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能以生產(chǎn)電能。我國的火電廠以燃煤為主，過去曾建過一批燃油電廠，經(jīng)運(yùn)行比較，政府早已明確是盡量壓縮燒油電廠，新建電廠以煤為主。目前，整個(gè)電力裝機(jī)中占比例最大的仍然是火電，占到78%，水電占到20%，其余的基本是核電，風(fēng)能等。

1.2 工作原理

火力發(fā)電廠由三大主要設(shè)備——鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及相應(yīng)輔助設(shè)備組成，它們通過管道或線路相連構(gòu)成生產(chǎn)主系統(tǒng)，即燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。其生產(chǎn)過程簡介如下。

1.2.1 燃燒系統(tǒng)

燃燒系統(tǒng)包括鍋爐的燃燒部分和輸煤、除灰和煙氣排放系統(tǒng)等。

煤由皮帶輸送到鍋爐車間的煤斗，進(jìn)入磨煤機(jī)磨成煤粉，然后與經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱的空氣一起噴入爐內(nèi)燃燒，將煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能，煙氣經(jīng)除塵器清除灰分后，由引風(fēng)機(jī)抽出，經(jīng)高大的煙囪排入大氣。爐渣和除塵器下部的細(xì)灰由灰渣泵排至灰場。

1.2.2 汽水系統(tǒng)

汽水系統(tǒng)包括鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器及給水泵等組成的汽水循環(huán)和水處理系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等。

水在鍋爐中加熱后蒸發(fā)成蒸汽，經(jīng)過熱器進(jìn)一步加熱，成為具有規(guī)定壓力和溫度的過熱蒸汽，然后經(jīng)過管道送入汽輪機(jī)。

在汽輪機(jī)中，蒸汽不斷膨脹，高速流動(dòng)，沖擊汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動(dòng)與汽輪機(jī)同軸的發(fā)電機(jī)發(fā)電。

在膨脹過程中，蒸汽的壓力和溫度不斷降低。蒸汽做功后從汽輪機(jī)下部排出。排出的蒸汽稱為乏汽，它排入凝汽器。在凝汽器中，汽輪機(jī)的乏汽被冷卻水冷卻，凝結(jié)成水。

凝汽器下部所凝結(jié)的水由凝結(jié)水泵升壓后進(jìn)入低壓加熱器和除氧器，提高水溫并除去水中的氧(以防止腐蝕爐管等)，再由給水泵進(jìn)一步升壓，然后進(jìn)入高壓加熱器，回到鍋爐，完成水—蒸汽—水的循環(huán)。給水泵以后的凝結(jié)水稱為給水。

汽水系統(tǒng)中的蒸汽和凝結(jié)水在循環(huán)過程中總有一些損失，因此，必須不斷向給水系統(tǒng)補(bǔ)充經(jīng)過化學(xué)處理的水。補(bǔ)給水進(jìn)入除氧器，同凝結(jié)水一塊由給水泵打入鍋爐。

1.2.3 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)和升壓變電站等。

發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓和電流隨其容量不同而變化，其電壓一般在10～20 kV，電流可達(dá)數(shù)千安至20 kA。因此，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電，一般由主變壓器升高電壓后，經(jīng)變電站高壓電氣設(shè)備和輸電線送往電網(wǎng)。極少部分電，通過廠用變壓器降低電壓后，經(jīng)廠用電配電裝置和電纜供廠內(nèi)風(fēng)機(jī)、水泵等各種輔機(jī)設(shè)備和照明等用電。

1.3 優(yōu)缺點(diǎn)

火電傳統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，成本低廉。可隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，火電的優(yōu)勢也在逐漸變?nèi)酢；痣娖髽I(yè)受制于煤電價(jià)格倒掛，導(dǎo)致現(xiàn)在的狀況是每發(fā)1 kW·h電就虧損一度電，這也使我國常發(fā)生電荒。因此，甚至可以說，以往火電的優(yōu)勢，正逐步變成火電的劣勢。

除了上面提到的兩點(diǎn)，火電還有另外一個(gè)不容易被注意的優(yōu)點(diǎn)，就是能夠推動(dòng)就業(yè)。據(jù)估計(jì)，一個(gè)火電人可以推動(dòng)10～16人就業(yè)。在我國這樣一個(gè)擁有13億人口的國家，火電在推動(dòng)就業(yè)方面的貢獻(xiàn)是可觀的。另一方面，火電的缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在污染以及耗能這兩方面。

2 核電

2.1 基本介紹

世界上一切物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的，原子又是由原子核和它周圍的電子構(gòu)成的。輕原子核的融合和重原子核的分裂都能放出能量，分別稱為核聚變能和核裂變能，簡稱核能。目前中國有6個(gè)投入運(yùn)營的核電站，12個(gè)在建的核電站，25個(gè)籌建中的核電站。

2.2 工作原理

核電廠用的燃料是鈾。用鈾制成的核燃料在“反應(yīng)堆”的設(shè)備內(nèi)發(fā)生裂變而產(chǎn)生大量熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)帶著發(fā)電機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，電就源源不斷地產(chǎn)生出來，并通過電網(wǎng)送到四面八方。

2.3 優(yōu)缺點(diǎn)

相比于火電，核能一個(gè)無法比擬的優(yōu)勢就是能夠產(chǎn)出數(shù)量驚人的能量，并且產(chǎn)出這些能量的過程中幾乎不需要投入一次能源。

在人類面臨能源危機(jī)的時(shí)候，人們自然而然地將目光投向了核能。然而任何事物都不是十全十美的。核能也是一樣。

核能最大的缺點(diǎn)就是核泄漏造成的核輻射。人類歷史上的“核教訓(xùn)”可以說是十分深刻的，并也是讓人震驚的。

2011年7月，日本大地震造成福島核電站核燃料泄漏已使全球出現(xiàn)核恐慌，國際社會(huì)對于核電的認(rèn)識(shí)也在發(fā)生改變。更著名的是發(fā)生在蘇聯(lián)的切爾諾貝利事故。但1986年4月26日，核電站的第4號(hào)核反應(yīng)堆在進(jìn)行半烘烤實(shí)驗(yàn)中突然發(fā)生失火，引起爆炸，據(jù)估算，核泄漏事故后產(chǎn)生的放射污染相當(dāng)于日本廣島原子彈爆炸產(chǎn)生的放射污染的100倍。爆炸使機(jī)組被完全損壞，8 t多強(qiáng)輻射物質(zhì)泄露，塵埃隨風(fēng)飄散，致使俄羅斯、白俄羅斯和烏克蘭許多地區(qū)遭到核輻射的污染。

3 水電

3.1 基本介紹

水電本質(zhì)就是將儲(chǔ)藏在水中的能量轉(zhuǎn)化為電能。

根據(jù)全國水力資源復(fù)查成果，全國水力資源理論蘊(yùn)藏量為6.94億kW，年理論電量6.08億kW·h;技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量為5.42億kW，技術(shù)可開發(fā)年發(fā)電量為2.47萬億kW·h;經(jīng)濟(jì)可開發(fā)裝機(jī)容量為4.02億kW，經(jīng)濟(jì)可開發(fā)年發(fā)電量為1.75萬億kW·h。全國水力資源總量，包括理論蘊(yùn)藏量、技術(shù)可開發(fā)量和經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量，均居世界首位。

3.2 工作原理

水電站駕馭水的能量，并利用簡單的機(jī)械手段將這些能量轉(zhuǎn)化為電能。水電站實(shí)際上是基于一種非常簡單的概念——水流過大壩，轉(zhuǎn)動(dòng)水輪機(jī)，而水輪機(jī)則帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

水壩——大多數(shù)水電站依靠水壩攔水，形成一個(gè)巨大的水庫。這樣的水庫經(jīng)常被用作休閑游樂場所，比如我國的千島湖。

進(jìn)水口——打開水壩上的閘門，水會(huì)在重力作用下通過被稱為隧洞的水道，它將水流引向水輪機(jī)。水流在流過水道時(shí)壓力上升。

水輪機(jī)——水流沖擊并轉(zhuǎn)動(dòng)水輪機(jī)的巨大葉片，而水輪機(jī)則通過傳動(dòng)軸與位于其上方的發(fā)電機(jī)相連。水電站中最常見的水輪機(jī)是混流式水輪機(jī)，它看起來像安上了彎曲葉片的大盤子。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，水輪機(jī)可以重達(dá)172 t，它能以90轉(zhuǎn)/min的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。

發(fā)電機(jī)——水輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)中的一系列磁鐵也跟著一起旋轉(zhuǎn)。巨大的磁鐵旋轉(zhuǎn)著通過銅線圈，移動(dòng)電子從而產(chǎn)生交流電。

3.3 優(yōu)缺點(diǎn)

由于水特殊的性質(zhì)，水電擁有火電和核電所沒有的一個(gè)特點(diǎn):儲(chǔ)能。當(dāng)我們不需要用電的時(shí)候，可以將水儲(chǔ)存在水庫里，等到需要用的時(shí)候，再發(fā)電。

我國是一個(gè)水電資源豐富的國家，如果完全開發(fā)，產(chǎn)電量將是相當(dāng)可觀的。并且不同于核電和火電會(huì)造成的污染，產(chǎn)生水電本身是不會(huì)造成任何污染的。

可當(dāng)我們關(guān)注水電的優(yōu)點(diǎn)的時(shí)候，也更應(yīng)該關(guān)注水電帶來的影響和問題。

首先，水電是一個(gè)“看天吃飯”的能源。如果水資源豐富，我們便擁有足夠的水資源;可假使上游來水不足，也得不到充分的降雨補(bǔ)充，那即是我們擁有再多的水電站也是發(fā)不出電的。這就是水能無法得到充分的保證。

可如果僅僅是這樣還不會(huì)使水電造成如今的爭議。現(xiàn)在，人們更多的是關(guān)注，修建水電站，所帶來的其他問題:諸如造成庫區(qū)淹沒需要移民、誘發(fā)地震、影響航運(yùn)等。

除此之外，假如水電站潰壩，那后果也是不堪設(shè)想的。

4 總結(jié)

實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。當(dāng)前，世界能源形勢發(fā)生巨大變化，能源安全愈來愈受到各國的高度關(guān)注，許多國家紛紛調(diào)整和完善自己的能源戰(zhàn)略和能源政策。適應(yīng)世界能源形勢變化。

對于火電，因?yàn)樗牧颂嗟哪茉?，這不是一條可持續(xù)發(fā)展的道路。

對于核電，如果將來我們能夠在核電的安全性上有了保障，我們何嘗不能使用核電能源?？墒?，鑒于現(xiàn)在復(fù)雜的國際社會(huì)關(guān)系和形勢，核能的存在，始終是一種隱患，一旦發(fā)生核泄漏，后果將不堪設(shè)想。

對于水電，也存在著讓我們無法忽視的問題。如修建大壩之后，給環(huán)境造成了不可恢復(fù)的影響。這種影響范圍之廣，深度之深，是在我們修建大壩之間所沒有想到等。

哲學(xué)告訴我們，任何事物都有兩面性。所以，包括本文說的3種能源在內(nèi)的所有能源，都是會(huì)帶來相應(yīng)的問題的。但我們堅(jiān)信科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，終究會(huì)使我們開發(fā)更多自己發(fā)展所能依靠的安全綠色豐富的能源，如風(fēng)能、太陽能等。

TK79

B

1007－7596(2011)05－0210－02

2011－01－05

孫意菲(1980－)，女，黑龍江同江人，工程師。