如何用煤燒出 4 萬億度電?

　　2017 年，中國用掉了近 6.3 萬億度電，其中約 4 萬億度來自燃煤發(fā)電。

　　每1千克煤，可以換來2.3度電。為了這4萬億度電，中國每年都要燒掉17億噸煤，每天相當于70條遼寧號的重量。

　　這些煤從哪里來?煤是如何變成電的?

　　打開中國人均 GDP 排行榜，排在第一的不是北上廣，而是鄂爾多斯。這座 2017 年人均GDP高達 23.5 萬元的城市，生產(chǎn)了中國 17% 的煤，創(chuàng)造了 3000 多億 GDP。

　　中國的煤主要產(chǎn)自華北和西北，但中國的電力消費卻集中在東部。僅廣東，江蘇，山東，浙江四省，就用掉了中國三分之一的電。因此，每天都需要有近 600 萬噸的煤，跨越近千公里支援沿海。

　　中國有 3 條年運量上億噸的運煤專線，1992 年通車的大秦鐵路是運量最大的一條。

　　從山西大同湖東編組站到河北秦皇島港，大秦鐵路每天開行 65 列 兩萬噸級重載列車，每列 212 節(jié)車廂。長度相當于 12 列和諧號。

　　列車到達秦皇島港后，煤經(jīng)過轉(zhuǎn)筒式翻車機卸下，再被裝船，運往南方。

　　大秦鐵路的全程運價為每噸 65 元，秦皇島到上海的海運價格為每噸 38 元。算上運費后，每噸煤的包郵價大概是五百多元。

　　送到電站之后，煤會先被存放在堆場，這里會有 20 天左右的庫存。隨后，再被傳送帶送進發(fā)電機組。

　　發(fā)電機組主要包括鍋爐，蒸汽輪機和發(fā)電機三個部分。

　　煤在進入鍋爐前將先被碾碎，隨后被熱空氣吹入鍋爐。鍋爐會將水變成蒸汽。蒸汽輪機就像是被風吹著轉(zhuǎn)動的風車，只是這里的風變成了高溫高壓蒸汽，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動發(fā)電。

　　火力發(fā)電的關(guān)鍵在于提高熱能到電能的轉(zhuǎn)化率。

　　卡諾定律告訴我們，熱機的最大效率只與高溫熱源與低溫熱源之間的溫度差有關(guān)。輸入蒸汽輪機的蒸汽的溫度和壓力越高，轉(zhuǎn)化效率就越高。

　　電站一般會通過使用多級蒸汽輪機和蒸汽再熱技術(shù)提高轉(zhuǎn)化率。轉(zhuǎn)化率一般在 33 % - 37 % 之間。而地球上效率最高的發(fā)電機組在是山東萊蕪電廠六號機組，熱效率可以達到 48.12%。

　　我們在高中學的交流發(fā)電機是單相發(fā)電機，通過變化的磁場產(chǎn)生單相交流電。

　　這種發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單，但是瞬時功率在每個周期內(nèi)隨時間有很大的變化，不利于機組的穩(wěn)定運行。

　　電站常用的是三相發(fā)電機。三個呈 120 ° 夾角布置的繞組，可以產(chǎn)生三組頻率相等，狀態(tài)相差三分之一周期的交流電。

　　這三組交流電的瞬時功率之和，在任何時候都相等，因此可以讓發(fā)電機穩(wěn)定運行。我們用的單相交流電，就是取的三相中的某一相。

　　電站中產(chǎn)生的電力將通過變壓器升壓之后送上電網(wǎng)，再經(jīng)過多次變壓，最后降為 220 V 的市電，送進你家的插座。

　　中國去年因為燃煤發(fā)電排放了60億噸二氧化碳，占全世界碳排放量的六分之一。除此之外，還有煙塵，二氧化硫和氮氧化物。

　　如此巨量的排放也是華北空氣污染的部分成因。

　　為了控制霧霾，國務(wù)院在 2013 年發(fā)布了《大氣污染防治行動計劃》，根據(jù)這份文件，京津冀地區(qū)將禁止新建燃煤電站，逐漸以其他更清潔的能源替代燃煤。

　　2017 年初，北京終于關(guān)閉了最后一座燃煤電站，將供電的重任交給了燃氣電站。但不到 8 個月，北京就因為冬季天然氣供應(yīng)緊張不得不重啟燃煤電站。