7.电能是由什么形式的能源转化而来的？

在现代文明社会，电能被视为与空气和水一样重要。电能是一种高品位能量，它与其它形式的能源相比，具有便于大规模生产和远距离输送；可简便地转换成另一种形式的能量；用电容易控制，可实现自动化和远动化操作；损耗小，效率高，经济效益好；无气体和噪声污染等特点。因此，它是最理想的二次能源，被广泛应用在动力、照明、化学、纺织、通信、广播等各个领域。那么，电能是由什么形式的能源转化而来的？日常生活中使用的电能，主要来自其他形式能量的转换，包括水能（水力发电）、热能（火力发电）、原子能（核电）、风能（风力发电）、化学能（电池）及光能（光电池、太阳能电池等）等。目前最主要的发电形式是火力发电、水力发电和核能发电，三者的发电量占全部发电量的90%以上，此外还有太阳能、风能、地热能、海洋能发电等。

发电厂是“生产”电能的工厂，它将各种一次能源（天然能源），如煤炭、水能、核能等转换为电能。按输入一次能源形式及转换过程的不同，可将发电厂分为火力发电厂（图1-9）、水力发电厂、原子能发电厂（核电厂）与新能源发电厂四类。新能源发电厂又包括风力发电厂、太阳能发电厂、地热发电厂及潮汐发电厂等。

图1-9　火力发电厂

火力发电是指利用煤炭、石油、天然气等固体、液体、气体燃料燃烧时产生的热能，通过热能来加热水，使水变成高温产生高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机继而发电的一种发电方式。火力发电的基本生产过程是：燃料在燃烧时加热水生成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。其能量转换方式为：燃料化学能—→蒸汽热能—→机械能—→电能。

火电厂整个生产过程可分为3个系统。① 燃烧系统，煤在锅炉中燃烧加热水，使水形成高温高压的蒸汽。能量转化原理是燃烧煤的化学能转变为蒸汽的热能。② 汽水系统，蒸汽进入汽轮机，水蒸气带动汽轮机转子转动。能量转化是热能转化成机械能。蒸汽在汽轮机中消耗了大量的能量成为乏气，需要再循环成为液态水并送至锅炉重新加热为蒸气。为了使这部分蒸气转化为水，一般使用外部的水作为介质在凝汽器中对蒸汽进行冷却。这些吸收了蒸气余热的外部的水，又要经过自然通风冷却塔来散热成为新的冷却水。③ 电气系统，汽轮机转子与发电机转子通过联轴器连接，发电机转子会跟着汽轮机匀速转动，在电磁感应的作用下，发电机产生电流。能量转化原理是机械能变为电能。最后电流通过变电设备向电网输电。

火力发电是现阶段最普及的发电方式，也是技术最成熟的。缺点就是所用燃料不可再生，发电效率低；另一方面燃烧将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。

水力发电具有悠长的历史，水力发电在某种意义上讲是水的位能转变成机械能，再转变成电能的过程。水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电能，也就是利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电能。水能是一种取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源。水力发电直接利用水能，几乎没有任何污染物排放。水力发电的特点是形成蓄水库以调节流量，引用流量大，电站规模大，综合效益高。其缺点是，前期投资太大，建设周期长；另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。

核能发电是人类对于原子核内部能量的利用。现有的核能发电都是裂变发电，它与火力发电极其相似。只是核能发电是将核反应产生的热能，用来产生水蒸气，水蒸气为蒸汽轮机提供动力，蒸汽轮机带动发电机旋转，发电机将磁能转换成电能。世界上有比较丰富的核资源，核燃料具有体积小能量大的优点。但核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。

太阳能发电是人类对于能源最直接的利用，从本质上讲，无论是化石能还是水能风能都是太阳能的一种存在形式。常见的太阳能发电方式有太阳能电池的直接转化和太阳能热电站两种。太阳能电池的直接转化是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能。太阳能热电站的工作原理则是光-热-电转换方式，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成水蒸气，再驱动汽轮机发电。太阳能发电是可再生能源。

风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能。发电机在风轮轴的带动下旋转发电。风力发电，属于新能源发电，洁净、无污染，缺点就是装机容量太小，受地域限制。

总之，发电是将火力、水力、核能、风力等非电能转换成电能的过程。传统的发电方式包括火力发电、水力发电、核能发电等。随着太阳能发电、风力发电等新能源发电技术的发展，风能和太阳能等新型能源，会逐渐成为未来世界利用的主要能源。