電能的作用，發(fā)電的類型以及電壓等級的分類

【專家解說】：電能的作用
電力是一種很具彈性的能量形式，能夠適用于日以劇增，多不盛舉的用途。例如，于 1870 年代出現(xiàn)的電燈泡，具有極大的實用價值的。由于這發(fā)明，人們不再需要使用蠟燭或煤油來照明，因而得以避免了很多可能發(fā)生的火災(zāi)[46]。

電燈泡所應(yīng)用的焦耳加熱（Joule heating）效應(yīng)，也可以應(yīng)用于電力取暖（electric heating）方面。對于這用途，電力取暖有三大優(yōu)點：便利使用、容易控制、安全潔凈。但是，電力取暖有個很大的缺點，那就是，與燃煤取暖或燃油取暖相比，它的效率比較低[47]。關(guān)于冷凍用途方面，電是一個很實用的能源。安裝在住家和辦公室內(nèi)，冷氣機(jī)的使用帶給人們很大的舒適。但是，冷氣的用電量也很大。對于這問題，電力公司大力宣傳提倡智慧地使用冷氣[48]。

電訊科技主要是依靠電來傳達(dá)信息。于 1837 年，William Cooke 和 Charles Wheatstone 展示出第一座具有商業(yè)潛力的電報機(jī)（electrical telegraph）。1860 年代，隨著橫貫美國大陸電報系統(tǒng)（First Transcontinental Telegraph）的建立，以及十幾年后橫貫大西洋電報系統(tǒng)（transatlantic telegraph cable）的建立，從地球的這一端到地球的那一端，使用電報機(jī)制，只需要很短幾分鐘時間，人們就可以即時地獲得訊息。現(xiàn)今，光導(dǎo)纖維和通訊衛(wèi)星這兩個先進(jìn)科技，占有了通訊科技市場的一大部分。它們所使用的傳輸科技仍舊是建立于電磁波原理。

電動機(jī)應(yīng)用電磁原理，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的形式，來驅(qū)動各種各樣的機(jī)械。電動機(jī)是一個干凈的、有效率的工具。一個固定不動的電動機(jī)，像絞車（winch），可以很容易地供予能源。但是，移動的電動機(jī)，像電動車，必須隨身帶著像電池一類的能源裝備，或者用取得電能的滑動接觸，像集電弓。這要求限制了其行動范圍和工作性能。

電子元件使用到晶體管，是二十世紀(jì)最重要的發(fā)明之一。晶體管是所有摩登電子電路的基本元件，最先進(jìn)的集成電路在小小幾平方厘米的面積可以內(nèi)嵌幾十億個微小的晶體管。

電廠分類

水力發(fā)電廠　利用水流的動能和勢能來生產(chǎn)電能，簡稱水電廠。水流量的大小和水頭的高低，決定了水流能量的大小。從能量轉(zhuǎn)換的觀點分析，其過程為：水能→機(jī)械能→電能。實現(xiàn)這一能量轉(zhuǎn)換的生

水力發(fā)電廠
產(chǎn)方式，一般是在河流的上游筑壩，提高水位以造成較高的水頭；建造相應(yīng)的水工設(shè)施，以有效地獲取集中的水流。水經(jīng)引水機(jī)溝引入水電廠的水輪機(jī)，驅(qū)動水輪機(jī)轉(zhuǎn)動，水能便被轉(zhuǎn)換為水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。與水輪機(jī)直接相連的發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，并由發(fā)電廠電氣系統(tǒng)升壓送入電網(wǎng)。
建造強(qiáng)大的水力發(fā)電廠時，要考慮改善通航和土地灌溉以及生態(tài)平衡。水電廠按電廠結(jié)構(gòu)及水能開發(fā)方式分類有引水式、堤壩式、混合式水電廠；按電廠性能及水流調(diào)節(jié)程度分類有徑流式、水庫式水電廠；按電廠廠房布置位置分類有壩后式、壩內(nèi)式水電廠；按主機(jī)布置方式分類有地面式、地下式水電站。
水力發(fā)電廠建設(shè)費(fèi)用高，發(fā)電量受水文和氣象條件限制，但是電能成本低，具有水利綜合效益。水輪機(jī)從啟動到帶滿負(fù)荷只需幾分鐘，能夠適應(yīng)電力系統(tǒng)負(fù)荷變動，因此水力發(fā)電廠可擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰及負(fù)荷備用。
小水電

從容量角度來說處于所有水電站的末端，它一般是指容量5萬千瓦以下的水電站。世界小水電在整個水電的比重大體在5%-6%。中國可開發(fā)小水電資源如以原統(tǒng)計數(shù)7000萬kW計，占世界一半左右。而且，中國的小水電資源分布廣泛，特別是廣大農(nóng)村地區(qū)和偏遠(yuǎn)山區(qū)，適合因地制宜開發(fā)利用，既可以發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)解決當(dāng)?shù)厝嗣裼秒娎щy的問題，又可以給投資人帶來可觀的效益回報，有很大的發(fā)展前景，它將成為中國21世紀(jì)前20年的發(fā)展熱點。
世界上，許多發(fā)展中國家都制訂了一系列鼓勵民企投資小水電的政策。由于小水電站投資小、風(fēng)險低、效益穩(wěn)、運(yùn)營成本比較低，在國家各種優(yōu)惠政策的鼓勵下，全國掀起了一股投資建設(shè)小水電站的熱潮，由于全國性缺電嚴(yán)重，民企投資小水電如雨后春筍，悄然興起。國家鼓勵合理開發(fā)和利用小水電資源的總方針是確定的，2003年開始，特大水電投資項目也開始向民資開放。根據(jù)國務(wù)院和水利部的“十一五”計劃和2015年發(fā)展規(guī)劃，中國將對民資投資小水電以及小水電發(fā)展給予更多優(yōu)惠政策。中國小水電可開發(fā)量占全國水電資源可開發(fā)量的23%，居世界第一位。
火力發(fā)電廠　利用煤、石油、天然氣或其他燃料的化學(xué)能來生產(chǎn)電能，簡稱火電廠。從能量轉(zhuǎn)換的觀點分析，其基本過程是：化學(xué)能→熱能→機(jī)械能→電能。世界上多數(shù)國家的火電廠以燃煤為主。煤粉和空氣在電廠鍋爐爐膛空間內(nèi)懸浮并進(jìn)行強(qiáng)烈的混合和氧化燃燒，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。熱能以輻射和熱對流的方式傳遞給鍋爐內(nèi)的高壓水介質(zhì)，分階段完成水的預(yù)熱、汽化和過熱過程，使水成為高壓高溫的過熱水蒸氣。水蒸氣經(jīng)管道有控制地送入汽輪機(jī)，由汽輪機(jī)實現(xiàn)蒸氣熱能向旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。高速旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子通過聯(lián)軸器拖動發(fā)電機(jī)發(fā)出電能，電能由發(fā)電廠電氣系統(tǒng)升壓送入電網(wǎng)。
原子能發(fā)電廠　利用核能來生產(chǎn)電能，又稱核電廠（核電站）。原子核的各個核子（中子與質(zhì)子）之間具有強(qiáng)大的結(jié)合力。重核分裂和輕核聚合時，都會放出巨大的能量，稱為核能。技術(shù)已比較成熟，形成規(guī)模投入運(yùn)營的，只是重核裂變釋放出的核能生產(chǎn)電能的原子能發(fā)電廠。從能量轉(zhuǎn)換的觀點分析，是由重核裂變核能→熱能→機(jī)械能→電能的轉(zhuǎn)換過程。
太陽能發(fā)電廠

太陽能發(fā)電廠是一種用可再生能源——太陽能來發(fā)電的工廠，它利用把太陽能轉(zhuǎn)換為電能的光電技術(shù)來工作的。德國利用太陽能來發(fā)電可供55萬個家庭用電所需，是利用太陽能發(fā)電的世界冠軍。
風(fēng)能發(fā)電廠

截止到2003年底，全國風(fēng)能資源豐富的14個省（自治區(qū)）已建成風(fēng)電場40座，累計運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1042臺，總?cè)萘窟_(dá)567.02MW（以完成整機(jī)吊裝作為統(tǒng)計依據(jù)）。[1]
垃圾發(fā)電廠

垃圾發(fā)電作為火力發(fā)電的一種，截至2007年底，中國垃圾焚燒發(fā)電廠總數(shù)已達(dá)75座，其中建成50座，在建25 ... 垃圾焚燒發(fā)電廠的收益穩(wěn)定、運(yùn)營成本低廉并享有一定的稅收優(yōu)惠政策，能給投資者帶來穩(wěn)定的收益，但是垃圾發(fā)電帶來的環(huán)境問題不容忽視。
地?zé)岚l(fā)電廠

地?zé)崮苁侵纲A存在地球內(nèi)部的可再生熱能，一般集中分布在構(gòu)造板塊邊緣一帶，起源于地球的熔融巖漿和放射性物質(zhì)的衰變。全球地?zé)崮艿膬α颗c資源潛量十分巨大，每年從地球內(nèi)部傳到地面的熱能相當(dāng)于100PW·h,但是地?zé)崮艿姆植枷鄬Ρ容^分散，因此開發(fā)難度很大。由于地?zé)崮苁莾Υ嬖诘叵碌?，因此不會受到任何天氣狀況的影響，并且地?zé)豳Y源同時具有其它可再生能源的所有特點，隨時可以采用，不帶有害物質(zhì)，關(guān)鍵在于是否有更先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。地?zé)崮茉谌蚝芏嗟貐^(qū)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，開發(fā)技術(shù)也在日益完善。對于地?zé)崮艿睦?，包括將低溫地?zé)豳Y源用于浴池和空間供熱以及用于溫室、熱力泵和某些熱處理過程的供熱，同時還可以利用干燥的過熱蒸汽和高溫水進(jìn)行發(fā)電，利用中等溫度水通過雙流體循環(huán)發(fā)電設(shè)備發(fā)電等，這些地?zé)崮艿拈_發(fā)應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，而且對從干燥的巖石中和從地?zé)嵩鰤嘿Y源及巖漿資源中提取地?zé)崮艿挠行Х椒ㄟM(jìn)行研究可以進(jìn)一步提高地?zé)崮艿膽?yīng)用潛力，但是地?zé)崮艿目碧胶吞崛〖夹g(shù)還有待改進(jìn)。
在電力系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的是火力、水力和原子能發(fā)電廠。

.電力系統(tǒng)電壓等級與變電站種類
電力系統(tǒng)電壓等級有220/380V（0.4 kV），3 kV、6 kV、10 kV、20 kV、35 kV、66 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV。隨著電機(jī)制造工藝的提高，10 kV電動機(jī)已批量生產(chǎn)，所以3 kV、6 kV已較少使用，20 kV、66 kV也很少使用。供電系統(tǒng)以10 kV、35 kV為主。輸配電系統(tǒng)以110 kV以上為主。發(fā)電廠發(fā)電機(jī)有6 kV與10 kV兩種，現(xiàn)在以10 kV為主，用戶均為220/380V（0.4 kV）低壓系統(tǒng)。 根據(jù)《城市電力網(wǎng)規(guī)定設(shè)計規(guī)則》規(guī)定：輸電網(wǎng)為500 kV、330 kV、220 kV、110kV，高壓配電網(wǎng)為110kV、66kV，中壓配電網(wǎng)為20kV、10kV、6 kV，低壓配電網(wǎng)為0.4 kV（220V/380V）。 發(fā)電廠發(fā)出6 kV或10 kV電，除發(fā)電廠自己用（廠用電）之外，也可以用10 kV電壓送給發(fā)電廠附近用戶，10 kV供電范圍為10Km、35 kV為20~50Km、66 kV為30~100Km、110 kV為50~150Km、220 kV為100~300Km、330 kV為200~600Km、500 kV為150~850Km。