2020年全球電力報告(中)

發布時間: 2020-07-03 10:45:52   來源:中國電力網  作者:龐名立

10、非再生能源發電

  非再生能源發電是指利用化石燃料(煤、石油和天然氣發電)及和能發電。這是目前全球發電的主要份額。

  10-1 燃煤發電

  由于燃煤發電價廉,一直居高位,2019年燃煤發電占全球發電總量的9824.1/27005= 36.4%,比2018年回落但速度緩慢。2019年最大的燃煤發電生產國仍然是中國,占全球燃煤發電總量的4853.7/9824.1= 49.4%;其次是印度,占全球燃煤發電總量的1137.4/9824.1= 11.6%,比往年逐步回落。

2010~2019年燃煤發電前十位國家(單位:TWh)

  燃煤發電仍然霸占全球電力生產的主導地位,主要生產國是中國,居第一位是中國托克托電廠。中國臺灣地區的臺中發電廠降低到第三位。。

全球十大燃煤電站

  10-2 燃油發電

  燃油發電在化石燃料發電份額中不占重要地位,比燃煤發電和燃氣發電都低得多,而且逐步在降低。2019年僅占全球發電總量的825.3/27005=3.1%。燃油發電最多的國家是產油大國沙特阿拉伯,占燃油發電總量的149.6/825.3= 18.1%,其次是伊朗,占82.6/825.3= 10.0%。

2016~2019年前十位國家燃油發電(單位:TWh)

  燃油發電可分為燃料油(Fuel oil)發電和油頁巖(Oil shale)發電兩種,但其總體規模比燃煤電站和燃氣發電都小。雖然世界上最大的燃料油電站是在沙特阿拉伯的舒艾拜發電及海水淡化廠,但是利用燃油發電最多的國家是日本。

全球十大燃油電站

  10-3 燃氣發電

  燃氣發電是指利用天然氣產生電力。燃燒天然氣把水變成蒸汽,再用蒸汽推動汽輪機帶動發電機運轉而發電,屬于一般的火力發電,其效率較低。天然氣聯合循環發電則是將天然氣燃燒時產生的高溫煙氣,推動燃氣輪機,進行一級發電,然后再利用燃氣輪機排出的高溫煙氣加熱水,產生蒸汽推動汽輪機,進行二級發電。這就是聯合循環發電,效率較高。

  由于燃燒天然氣熱效率高,排放的污染物又較其它燃料少,因此被認為是最清潔的發電燃料。目前天然氣聯合循環發電的技術已相當成熟。已進入商業運作,且規模很大。

  天然氣發電廠運行靈活,機組啟動快,既可基荷發電,也可以調峰發電,便于接近負荷中心,提高供電可靠性,并減少送變電工程量;但是天然氣發電項目承擔的經濟風險要高于燃煤發電廠項目,特別是液化天然氣發電成本高,一般要大大高于燃煤電站,因而天然氣發電廠多用于調峰。

  燃氣發電發展較快,主要是美國。由于美國頁巖氣開發成功,助長了燃氣發電的增長。2017年美國天然氣產量有57%來自頁巖氣(參見《2019年世界天然氣全記錄》)。2019年美國燃氣發電占全球燃氣發電總量的1700.9/6297.9=27%,占全球發電總量的1700.9/27004.7=6.2%。

  俄羅斯本身具有豐富的天然氣資源,適合于燃氣發電,但居第二位。日本利用進口的液化天然氣助力燃氣發電的增長,燃氣發電的增長又刺激了全球天然氣液化工業的增長,居第三位。值得注意的是中國2016年燃氣發電進入全球第7位,開始增長勢頭。2019年進入世界第4位。

2016~2019年前14位燃氣發電最大的國家(單位:TWh)

  燃氣發電量最多的國家是美國、其次是俄羅斯,但是燃氣發電站最多的是日本,日本早在20世紀70年代就開始利用進口的液化天然氣(LNG)發電。

全球十三大燃氣電站

  中國主要以燃煤發電為主,依次燃氣發電的份額不高,但是進展比較快。

中國燃氣發電站

  單位換算:1兆瓦=1MW 1億千瓦=0.1TWh

  10-4 泥炭發電

  另外一種燃煤發電是泥炭發電,所占比例較小。泥炭(Peat)是煤的前身,是煤化程度最低的煤。泥炭是由動植物遺骸,主要是植物殘體,受到微生物和介質作用,經過分解和合成的變化而形成的一種有機物質。泥炭發電主要在歐洲國家如俄羅斯、芬蘭、愛爾蘭等。

全球九大泥炭電站

  注:沙圖拉電站發電燃料主要為天然氣占78.0%,其次泥炭占11.5%。

  10-5 油頁巖發電

  燃油發電可分為燃料油(Fuel oil)發電和油頁巖(Oil shale)發電兩種,但其總體規模比燃煤電站和燃氣發電都小。

  頁巖油與致密油的概念不要混淆。從油頁巖提煉出來的石油稱為頁巖油。媒體上經常出現頁巖油字樣,不是從油頁巖提煉的,而是從頁巖層經過分段水力壓裂開采出來的輕質原油,在學術上稱為致密油(tight oil)。美國的“頁巖革命”所提到的頁巖油實際上指致密油,一種輕質原油。

  油頁巖(oil shale) 或稱干酪根頁巖(kerogen shale),是一種富含有機質、具有微細層理、可以燃燒的細粒沉積巖。油頁巖中絕大部分有機質是不溶于普通有機溶劑的成油物質,俗稱“油母”。因此,又稱為“油母頁巖”。油頁巖的含油量一般為4~20%,有的高達30%,可以直接提煉石油。

  表中油頁巖電站所使用的燃料不是頁巖油,而是油頁巖。

全球七大油頁巖電站

11、 核能發電

  核能發電是用鈾制成的核燃料在“反應堆”的設備內發生裂變而產生大量熱能,再用處于高壓力下的水把熱能帶出,在蒸汽發生器內產生蒸汽,蒸汽推動汽輪機帶動發電機一起旋轉而發電,并通過電網輸送給消費者。

核電站反應堆類型進程

  根據WNA 2020年5月的報告,全球核能發電在逐步增長,2019年核能發電量達到2676TWh,比2018年2563 TWh增加了4.4%,核能發電占全球發電總量的10.2%。

  美國是世界上核能發電量最多的國家,2020年5月有95座核反應堆,2019年生產809.0TWh,占全球核能發電量總量的809/2676=30.2%,其次是法國為379.5/2676=14.2%;而德國、英國則處于停滯發展階段。

  表中“%e”表示核能發電占發電總量的百分率。全球核能發電占全球發電總量的10.2%,其中法國高達70.6%。本數據是世界核能協會WNA 2020年5月份提供的數據。

2020年5月全球核反應堆及鈾需求

  單位換算:68240tU=80472tU3O8 ; 1 tU3O8=80472/68240=1.179

  中國核能發電進展較快,已經躍居全球第三位,但是2019年核能發電占發電總量僅為4.9%,高于2018年,但遠低于全球平均值10.2%,差距仍然很大。論核能發電的發展速度,中國發展最快,在建的核反應堆最多,達12座。擬建的有44座。這是其他國家無法相比的。

中國核能發電量及占發電總量的份額

  世界上最大的核電站是日本柏崎刈羽核電站,裝機容量為7965MW,但2011年已經停工。值得注意的是韓國核電站進展很快,前十位核電站就占有3席,把美國和日本都摔到后面。

全球十大核電站

12、再生能源發電

  再生能源發電指水力發電、風電場、生物質發電、光伏發電、地熱發電、聚熱發電和海洋能發電等,它是電力發展的重要方向。

  REN 2020預計,2019年底至少有32個國家再生能源發電操作在10GW以上。在2050年有77個國家、10個地區和100個以上城市將達到凈零碳排放。

  12-1 再生能源發電的比例

  根據BP 2020年的報告,2019年全球再生能源發電量7261.3 TWh占全球總發電量27004.7TWh的平均數為26.9%。超過平均數的國家有個特點:水力發電特別多的國家如巴西、加拿大;利用風力發電和光伏特別多的國家如意大利、西班牙、德國等,而富產化石燃料的國家如美國、俄羅斯就比較低。

2019年主要國家再生能源發電的比例(單位:TWh)

  12-2 生物質發電

  生物質發電(Biomass Power、Biopower)是利用生物質所具有的生物質能進行的發電,是可再生能源發電的一種,包括農林廢棄物直接燃燒發電、農林廢棄物氣化發電、垃圾焚燒發電、垃圾填埋氣發電、沼氣發電。

  生物質發電的方法有: ⑴ 將生物質以酦酵技術轉換成氣體燃料(如氫氣或甲烷)或醇類燃料,再配合燃料電池的發展以應用于電力生產。⑵ 利用生物質燃燒轉化為可燃氣體燃燒發電的技術,主要有直接燃燒發電、混合燃燒發電和氣化發電三種方式。生物質原料包括秸稈、稻殼和甘蔗渣等農業廢棄物和林木生產、采運和加工過程中產生的林業廢棄物等。

  生物質氣化(Biomass Gasification)將生物質固體原料置于高溫環境,通過熱分解和化學反應將其轉化為氣體燃料和化學原料氣體(合成氣體)等氣態物質的過程。將生物質固體原料轉化的氣體,稱為“生物質燃氣”。

  生物質氣化發電(Biomass Gasification Generation)采用特殊的氣化爐,把生物質廢棄物,包括木料、秸稈、稻草、甘蔗渣等轉換為可燃氣體。這種可燃氣體經過除塵除焦等凈化工序后,再送到氣體內燃機進行發電。

  世界生物質發電起源于20世紀70年代,當時,世界性的石油危機爆發后,丹麥開始積極開發清潔的可再生能源,大力推行秸稈等生物質發電。自1990年以來,生物質發電在歐美許多國家開始大力發展。

全球生物質發電最大的發電站

  12-3 地熱發電

  地熱發電(Geothermal Power)是利用地下蒸汽或熱水等地球內部的熱能資源來發電。地下的干蒸汽可直接引入汽輪發電機組發電。地下的熱水可用減壓擴容的方法,使部分熱水汽化,產生蒸汽以驅動汽輪發電機發電;或利用地下熱水的熱量來加熱低沸點的有機化合物液體(如氯乙烷、異丁烷等)使其沸騰汽化,將氣體引入汽輪發電機發電。

  1904年由坎梯(Prince Piero Ginori Conti)建成了世界上最早的地熱電站—拉德瑞羅地熱田(Larderello Geothermal Power Station)。世界上最大的地熱發電廠群位于美國加利福尼亞州的地熱田間歇泉(The Geysers)。目前分別占該國發電總量較多的國家是肯尼亞(51%)、冰島(30%)、菲律賓(27%)、薩爾瓦多(25%)和新西蘭(14.5%)等。

地熱裝機容量最大的國家(MW)

世界上最大的地熱發電站

  12-4 水力發電

  水力發電(Hydropower)是利用工程措施將天然水能轉換為電能的過程,也是水能利用的基本方式。優點是不消耗燃料,不污染環境,水能可由降水不斷補充,機電設備簡單,操作靈活方便。但一般投資大,施工期長,有時還會造成一定的淹沒損失。水力發電常與防洪、灌溉、航運等相結合,進行綜合利用。

  根據iha(國際水力發電協會)》 2020年的報道,2019年水力發電總裝機容量為1308GW,中國為356.40GW,占總量的356.40/1308=27.2%。

  目前,世界上最大的發電設施是中國的三峽水電站,采用32臺混流式水輪機組發電,每臺機組的裝機容量為700兆瓦,總裝機容量達22,500兆瓦,超過世界最大核電站-日本柏崎刈羽核電站(8,212兆瓦)兩倍以上。

  規劃中的民主剛果大英加水電站(Grand Inga Dam)如能按計劃于2014年開工建設,將超越當前所有的發電站,其裝機容量的設計目標高達39,000兆瓦,是三峽水電站的1.73倍。此外,俄羅斯規劃的品仁納灣潮汐能電站項目(Penzhin Tidal Power Plant Project),理論裝機容量可達87,100兆瓦。

世界各國裝機容量(GW)

  根據BP 2020的報告,中國水力發電量居世界之首,2019年占全球水力發電量的1269.7/4222.2=30.1%;其次為巴西、加拿大。

水力發電量最多的國家(單位:TWh)

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