很久以前，煉金術(shù)士夢(mèng)想將廉價(jià)丑陋的金屬變成像黃金一樣有價(jià)值的金屬。發(fā)電廠（也稱(chēng)為發(fā)電站）采用了類(lèi)似的技巧，將煤塊和油滴轉(zhuǎn)化為電流，可以為您做飯或?yàn)槭謾C(jī)充電，這些能源工廠將“化石燃料”（煤、天然氣和石油）轉(zhuǎn)化為電能。

一個(gè)大型發(fā)電廠可以產(chǎn)生足夠的電力來(lái)供應(yīng)幾十萬(wàn)個(gè)家庭，這與大約 1000 個(gè)大型風(fēng)力渦輪機(jī)全力運(yùn)轉(zhuǎn)所能產(chǎn)生的電力相同 。神奇的是少量的化石燃料也含有大量的能量，一公斤煤或一升油含有大約 30MJ 的能量——這是一個(gè)巨大的數(shù)量，相當(dāng)于好幾千個(gè) 1.5 伏電池！

可惜的是，以前大多數(shù)發(fā)電廠的效率都不是很高：在一個(gè)典型的以煤炭為燃料的老式發(fā)電廠中，燃料中鎖定的能量只有大約三分之一轉(zhuǎn)化為電能，其余的都被浪費(fèi)了。如今新式電廠——聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的效率可能高達(dá) 50%。

發(fā)電廠是如何工作的？

發(fā)電廠有點(diǎn)像能源生產(chǎn)線，燃料從一端流入，電力從另一端輸出。中間會(huì)發(fā)生什么？一系列不同的步驟，大致沿著這些路線：

燃料：燃料加載到發(fā)電廠。一些發(fā)電廠使用煤炭，而其他發(fā)電廠則使用石油、天然氣或分解垃圾產(chǎn)生的甲烷氣體。

熔爐：燃料在巨型熔爐中燃燒以釋放熱能。

鍋爐：在鍋爐中，來(lái)自熔爐的熱量在充滿(mǎn)冷水的管道周?chē)鲃?dòng)。熱量使水沸騰并變成蒸汽。

渦輪機(jī)：蒸汽在高壓下圍繞一個(gè)輪子流動(dòng)，這個(gè)輪子有點(diǎn)像由緊密排列的金屬葉片制成的風(fēng)車(chē)。當(dāng)蒸汽流過(guò)時(shí)，葉片開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。該設(shè)備被稱(chēng)為蒸汽輪機(jī)，旨在將蒸汽的能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 （運(yùn)動(dòng)的能量）。為了使渦輪機(jī)高效工作，熱量必須在非常高的溫度和壓力下進(jìn)入它，并在盡可能低的溫度和壓力下離開(kāi)。

冷卻塔：您在舊發(fā)電廠看到的巨型水罐形冷卻塔可提高渦輪機(jī)的效率。來(lái)自汽輪機(jī)的沸騰熱水在稱(chēng)為冷凝器的熱交換器中冷卻。然后它被噴入巨型冷卻塔并抽回再利用。大部分水凝結(jié)在塔壁上，然后再次滴落。只有少量使用的水以蒸汽的形式從塔本身中逸出，但是大量的熱量和能量都損失了。

發(fā)電機(jī)：渦輪機(jī)通過(guò)軸連接 到發(fā)電機(jī)，因此發(fā)電機(jī)與渦輪機(jī)葉片一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)利用渦輪機(jī)的動(dòng)能來(lái)發(fā)電。

電纜：電力從發(fā)電機(jī)傳輸?shù)礁浇淖儔浩鳌?/p>

升壓變壓器：電在沿著電纜傳輸時(shí)會(huì)損失一些能量，但高壓電比低壓電損失的能量少。因此，工廠產(chǎn)生的電力在離開(kāi)發(fā)電廠時(shí)會(huì)升壓（升壓）到非常高的電壓。

塔架：巨大的金屬塔以極高的電壓將電力沿著架空電纜輸送到需要的地方。

降壓變壓器：一旦電力到達(dá)目的地，另一個(gè)變壓器會(huì)將電力轉(zhuǎn)換回較低的電壓，供家庭安全使用。

家庭：電力通過(guò)地下電纜流入家庭。

電器：電流在您家各處流向墻上的插座。當(dāng)您插入電視機(jī)或其他電器時(shí)，它可能會(huì)間接連接到數(shù)百英里外的一塊煤！

發(fā)電廠的類(lèi)型

汽輪機(jī)

大多數(shù)傳統(tǒng)發(fā)電廠通過(guò)燃燒燃料釋放熱量來(lái)產(chǎn)生能量。因此，它們被稱(chēng)為熱能 （熱能）發(fā)電廠。煤炭和石油它們用氧氣燃燒燃料以釋放熱能，從而使水沸騰并驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)。這種基本設(shè)計(jì)有時(shí)被稱(chēng)為簡(jiǎn)單循環(huán)。

燃?xì)廨啓C(jī)

天然氣廠的工作方式略有不同，與噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式非常相似。他們不制造蒸汽，而是燃燒穩(wěn)定的氣流，并用它來(lái)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)略有不同的渦輪機(jī)（稱(chēng)為燃?xì)廨啓C(jī)）。

組合設(shè)計(jì)

曾經(jīng)建造的每一座發(fā)電廠都有一個(gè)主要目標(biāo)：從燃料中獲得盡可能多的有用電力——換句話說(shuō)，盡可能提高效率。我們可以將來(lái)自燃?xì)廨啓C(jī)的熱廢氣用于驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)以及所謂的聯(lián)合循環(huán)。與普通的簡(jiǎn)單循環(huán)工廠相比，這使我們能夠從燃料中多生產(chǎn) 50% 的電力。或者，我們可以通過(guò)讓廢氣通過(guò)熱交換器來(lái)加熱水來(lái)提高發(fā)電廠的效率。這種設(shè)計(jì)被稱(chēng)為 熱電聯(lián)產(chǎn) (CHP) 或熱電聯(lián)產(chǎn)，它正迅速成為最流行的設(shè)計(jì)之一

核

核電站的工作方式與簡(jiǎn)單循環(huán)煤或油廠類(lèi)似，但它們不是燃燒燃料，而是將原子粉碎以釋放熱能。這用于以通常的方式燒開(kāi)水、產(chǎn)生蒸汽并為汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力。

水電

水力發(fā)電和抽水蓄能電站的設(shè)計(jì)目的是通過(guò)巨大的水輪機(jī)（將它們視為非常高效的水輪）輸送大量的水，這些水輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。在水力發(fā)電廠中，一條河流在一個(gè)巨大的混凝土大壩后面形成回流。水可以通過(guò)水壩中一個(gè)相對(duì)較小的開(kāi)口（稱(chēng)為壓力管道）逸出并且，當(dāng)它這樣做時(shí)，它會(huì)使一個(gè)或多個(gè)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)。只要河流還在流動(dòng)，渦輪機(jī)就會(huì)旋轉(zhuǎn)，大壩就會(huì)產(chǎn)生水力發(fā)電。

抽水蓄能以類(lèi)似于水力發(fā)電廠的方式發(fā)電，但在高位湖泊和低位湖泊之間來(lái)回輸送相同的水。在需求高峰期，水被允許從高湖逃逸到低湖，以高價(jià)發(fā)電。當(dāng)需求較低時(shí)，在半夜，使用低費(fèi)率電力再次將水從低湖抽回高湖。所以抽水蓄能實(shí)際上是一種利用電力在某些時(shí)候比其他時(shí)候更有價(jià)值的方式。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，未來(lái)趨勢(shì)肯定是利用可再生能源發(fā)電，因?yàn)榛剂瞎?yīng)要么會(huì)用完。在過(guò)去的幾十年里，我們已經(jīng)看到風(fēng)能和太陽(yáng)能的巨大擴(kuò)張未來(lái)幾年可能會(huì)急劇增加。想要了解更多關(guān)于風(fēng)能和太陽(yáng)能目前的最新應(yīng)用進(jìn)展，可以搜索我們的抖音號(hào)和公眾號(hào)：我的引擎。