目前有哪几种发电方式

受地形、受北大西洋暖流的影响。

受地形、北大西洋暖流影响，温度较同纬度瑞典高，同时，斯堪的纳维亚山脉整体位置偏西，受地形的影响，导致挪威和瑞典河流流程较短。

挪威和瑞典河流短小湍急，水能资源丰富，该地位于沿海地区，受盛行西风带的影响，风能资源丰富，因此两国水能和风能等可再生能源比例较高。

常见的生物质发电技术有直燃发电、沼气发电、甲醇发电、生物质燃气发电技术等。目前，国内研究较多的是生物质直燃发电和生物质气化发电技术，对生物质混燃发电技术的应用研究有限。基于我国小火电数量多而污染重的特点，以及农村生物质本身来源广且数量大的特殊国情，本文先从技术和政策角度对生物质混燃发电技术进行讨论，然后分析生物质混燃发电的经济效益、环保效益和社会效益，后者更为重要。

1.1生物质直燃发电现状

生物质发电主要是利用农业、林业废弃物为原料，也可以将城市垃圾作为原料，采取直接燃烧的发电方式。如英国ELY秸秆直燃电站是目前世界上较大的秸秆直燃电厂，装机容量为3.8万kW，年耗秸秆约20万t。古巴政府与联合国发展组织等机构合作，预计投资1亿美元兴建以甘蔗渣为原料的环保电厂。我国直燃发电方面在南方地区有一定的规模。两广省份共有小型发电机组300余台，总装机容量800MW。生物质直接燃烧发电技术已比较成熟，由于生物质能源需要在大规模利用下才具有明显的经济效益，因而要求生物质资源集中、数量巨大、具有生产经济性。

1.2生物质气化发电现状

生物质气化发电是指生物质经热化学转化在气化炉中气化生成可燃气体，经过净化后驱动内燃机或小型燃气轮机发电。小型气化发电采用气化-内燃机(或燃气轮机)发电工艺，大规模的气化-燃气轮机联合循环发电系统作为先进的生物质气化发电技术，能耗比常规系统低，总体效率高于40％，但关键技术仍未成熟，尚处在示范和研究阶段。在气化发电技术方面，广州能源研究所在江苏镇江市丹徒经济技术开发区进行了4MW级生物质气化燃气-蒸汽整体联合循环发电示范项目的设计研究，并取得了一定成果。

1.3生物质混燃发电现状

生物质混燃发电技术在挪威、瑞典、芬兰和美国已得到应用。早在2003年美国生物质发电装机容量约达970万kW，占可再生能源发电装机容量的10%，发电量约占全国总发电量的1%。其中生物质混燃发电在美国生物质发电中的比重较大，混烧生物质燃料的份额大多占到3%～12%，预计还有更多的发电厂将可能采用此项技术。英国Fiddlersferry电厂的4台500MW机组，直接混燃压制的废木颗粒燃料、橄榄核等生物质，混燃比例为锅炉总输入热量的20%，每天消耗生物质约1500t，可使SO2排量下降10%，CO2排放量每年减少100万t。在我国生物质混燃发电技术应用不多，与发达国家相比还相距较远。但是该项技术可以减少CO2的净排放量，符合低碳经济的发展要求、符合削减温室气体的需要，具有很大的发展潜力。

在我国农村，农户土地分散导致秸秆收集难度较大，收集运输成本限制着秸秆的收集半径，加上秸秆种类复杂，若建立纯燃烧秸秆的电厂，难以保证原料的经济供应。掺烧生物质不失为一种更现实的解决方案，即把部分生物质和煤混燃，减少一部分耗煤。与生物质直燃发电相比，生物质混燃发电具有投资小、建设周期短、对原料价格易于控制等优势。从技术上看，混烧比纯烧具有更多的优越性：可以用秸秆等生物质替代一部分煤来发电，不必新建单位投资大、发电效率低的纯“秸秆”电厂。何张陈将混燃案例与气化案例作了比较，发现气化案例的发电成本要比混燃案例高，而且对生物质价格变化更敏感。兴化中科估计的单位装机容量投资约为丰县鑫源投资的11.3倍，约为宝应协鑫的1.4倍。混燃还可以提高秸秆等生物质的利用效率、缓解腐蚀问题、减少污染、简化基础设施。

2生物质混燃发电技术解析

由于我国小火电厂数量多并且污染大，与其废弃关闭，不如因地制宜的对一些小型燃煤电厂设备略加改造，利用生物质能发电。典型的生物质能发电厂设备规模小，装机容量<30MW；但是利用生物质混燃发电既可发挥现有煤粉燃烧发电的高效率，实现生物质的大量高效利用，而且对现役小型火电厂改造无需大量资金投资，凸显出生物质混燃发电的优越性，特别是生物质气化混烧发电通用性较强，对原有电站的影响比直接混烧发电对原有电站的影响小些。生物质锅炉按燃烧方式有层燃炉、流化床锅炉、悬浮燃烧锅炉等方案可供选择，对现役火电厂实施混燃技术改造，锅炉本体结构不需大的变化（主要改造锅炉燃烧设备）。改造主要涉及在已有燃料系统中进行生物质掺混，有以下3方式。

（1）在给煤机上游与煤混合，再一起制粉后喷入炉膛燃烧。

（2）采用专门的破碎装置进行生物质的切割或粉碎，然后在燃烧器上游混入煤粉气流中，或通过专设的生物质燃烧器喷入炉膛燃烧。

（3）将生物质在生物质气化炉中气化，产生的燃气直接通到锅炉中与煤混合燃烧。本文主要以第2种和第3种为研究对象。

技术上，生物质和煤混燃关键是生物质燃料的选择和积灰问题。燃料的选择可以通过管理手段并辅以掺混设备加以解决。下面主要讨论积灰问题。

生物质和煤混燃的可行性，在一定程度上受积灰的影响很大。不同燃料的积灰特性与多种因素相关，如灰的含量、飞灰的粒径分布、灰的组成和灰的流动性。积灰是必须考虑的重要因素，因为积灰对锅炉运行、锅炉效率、换热器表面的腐蚀和灰的最终利用都有重要影响。与煤相比，生物质（如秸秆）和煤混燃时，两种原料之间的相互作用会改变积灰的组成、降低颗粒的收集效率和灰的沉降速率。生物质灰中碱性成分（特别是碱金属K）含量也比较高，且主要以活性成分存在，从火焰中易挥发出来凝结在受热面上形成结渣和积灰，实际商业应用中生物质掺混比*高为15%，当掺比较小时，一般不会发生受热面灰污问题。国际和国内的经验均表明，生物质混燃发电在技术上没有大的障碍，技术上是完全可行的。

有五种种发电发电方式

一、水力发电

优点：

水能是一种取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源。但为了有效利用天然水能，需要人工修筑能集中水流落差和调节流量的水工建筑物，如大坝、引水管涵等。因此工程投资大、建设周期长。

但水力发电效率高，发电成本低，机组启动快，调节容易。由于利用自然水流，受自然条件的影响较大。水力发电往往是综合利用水资源的一个重要组成部分，与航运、养殖、灌溉、防洪和旅游组成水资源综合利用体系。

水力发电是再生能源，对环境冲击较小。除可提供廉价电力外， 还有下列之优点：控制洪水泛滥、提供灌溉用水、改善河流航运，有关工程同时改善该地区的交通、电力供应和经济，特别可以发展旅游业及水产养殖。

缺点：

1、 因地形上之限制无法建造太大之容量。单机容量为300MW左右。

2、建厂期间长，建造费用高。

3、 因设于天然河川或湖沼地带易受风水之灾害，影响其他水利事业。电力输出易受天候旱雨之影响。

4、 建厂后不易增加容量。

5、生态破坏：大坝以下水流侵蚀加剧，河流的变化及对动植物的影响等。

6、需筑坝移民等，基础建设投资大。

7、下游肥沃的冲积土因冲刷而减少。

二、火力发电

优点：

1、技术成熟，火力发电相对其它发电方式建设周期短、不需要较高的技术和设备，投资小。

2、厂址选择较易，占地少、投资少，建设周期短，对地理环境要求低。

缺点：

1、烟气污染

煤炭直接燃烧排放的SO₂等气体不断增长，使中国很多地区酸雨量增加。全国每年产生140万吨粉尘污染，对电站附近环境造成粉煤灰污染，对人们的生活及植物的生长造成不良影响。全国每年产生1500万吨烟尘。

2、资源消耗

发电的汽轮机通常选用水作为冷却介质，一座1000MW火力发电厂每日的耗水量约为十万吨。全国每年消耗5000万吨标准煤。

三、核能发电

优点：

1、核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。

2、核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。

3、核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。

4、核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。

缺点：

1、为核裂变链式反应提供必要的条件，使之得以进行。

2、链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。失去控制的裂变能不仅不能用于发电，还会酿成灾害。（如切尔诺贝利核电站和福岛核电站等等）

3、裂变反应产生的能量要能从反应堆中安全取出。

4、裂变反应中产生的中子和放射性物质对人体危害很大，必须设法避免它们对核电站工作人员和附近居民的伤害。

5、核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。

6、核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。

7、核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。

8、核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。

9、兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。

10、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。

四、风力发电

优点：

1、清洁，环境效益好。

2、可再生，永不枯竭。

3、基建周期短。

4、装机规模灵活。

缺点：

1、噪声，视觉污染。

2、占用大片土地。

3、不稳定，不可控。

4、目前成本仍然很高。

5、影响鸟类。

五、地热发电

优点：可再生；分布广泛；蕴藏量丰富；单位成本低；建造地热厂时间短且容易。

缺点：资金投资大；受地域限制；热效率低，有30%的地热能用来推动涡轮发电机 ；所流出的热水含有很高的矿物质；一些有毒气体会随着热气，而喷入空气中，造成空气污染。

参考资料来源：百度百科-发电

参考资料来源：百度百科-水力发电

参考资料来源：百度百科-核能发电

常见的发电方式：

1、水力发电：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力，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，而得到电力。科学家们以此水位落差的天然条件，有效的利用流力工程及机械物理等，精心搭配以达到最高的发电量，供人们使用廉价又无污染的电力。

2、火力发电：火力发电指利用可燃物（中国多为煤）燃烧时产生的热能，通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式。火力发电厂的主要设备系统包括：燃料供给系统、给水系统、蒸汽系统、冷却系统、电气系统及其他一些辅助处理设备。

3、核能发电：核能发电的核心装置是核反应堆。核反应堆按引起裂变的中子能量分为热中子反应堆和快中子反应堆。

4、风力发电：把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式。风力发电机一般有风轮、发电机（包括装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。

5、地热发电：地热发电是利用地下热能发电的，与火力发电类似。

6、人力发电：能产生力的东西皆能发电，像水力和风力似的，人力也能发电。因此产生了手摇和脚踏之类的发电机，将人在运动中产生的能量转换成电能。

发电即利用发电动力装置将水能、化石燃料(煤炭、石油、天然气等)的热能、核能以及太阳能、风能、地热能、海洋能等转换为电能。

20世纪末发电多用化石燃料，但化石燃料的资源不多，日渐枯竭，人类已渐渐较多的使用可再生能源（水能、太阳能、风能、地热能、海洋能等）来发电。

扩展资料：

发电动力装置按能源的种类分为火电动力装置、水电动力装置、核电动力装置及其他能源发电动力装置。火电动力装置由锅炉、汽轮机和发电机（惯称三大主机）及其辅助装置组成。

水电动力装置由水轮发电机组、调速器、油压装置及其他辅助装置组成。核电动力装置由核反应堆、蒸气发生器、汽轮发电机组及其他附属设备组成。

到20世纪80年代末，主要的发电形式是水力发电、火力发电和核能发电。其他能源发电形式虽然有多种,但规模都不大。3种主要形式所占的地位因各国能源资源的构成不同而异。世界上以火力发电为主，其发电量在总发电中所占比重为70%以上。

日、德的火电所占比重在60%以上。挪威、瑞典、瑞士、加拿大等国则以水力发电为主，其中挪威、瑞士的水力发电量均占总发电量的90%左右，加拿大超过70%，瑞典也超过60%。芬兰和南斯拉夫则水电与火电各占一半。法国以核电为主，其发电量占总发电量的70%以上。

参考资料来源：百度百科——发电

荷兰莱顿大学的天体物理学家Simon Portegies Zwart富有生态意识。他几乎不再因为工作缘故坐飞机，而是选择乘火车出行。“我喜欢成为素食环保主义者，尽量减少自己的碳足迹，同时也告诫孩子们避免洗澡时间过长，并尽可能使用可再生资源。”在他决定做出这些生活上的改变时，也在思考着其他方面带来的碳足迹。

“我经常使用大型计算机，它们消耗的能源相当于一座小城市，”他说道，“我可能是这条街上污染最严重的人了。假如使用一台超级计算机耗费的能源相当于10000户家庭，那么我有何权利去跟我的孩子或者别人说，他们不该洗20分钟的澡？”

在全球为解决气候变化问题而努力的同时，许多科学家开始正视自己碳排放量过大的现实。

巨大的计算成本

除学术旅行影响气候变化外，过去几年中许多物理学家还发现，使用计算机造成的碳足迹数量巨大——有时甚至超过航空旅行。

Adam Stevens是西澳大利亚大学的一名天体物理学家，他和同事们对2018—2019年期间澳大利亚天文学家因旅行、使用超级计算机以及在大型观测站工作等“常规活动”产生的温室气体排放总量进行了分析。他们的研究发现，平均每位澳大利亚天文学家产生约37吨二氧化碳当量，超出澳洲人的平均水平40%，是全球平均水平的5倍。其主要原因在于天文学家需要使用超级计算机来处理望远镜收集的大量数据，并进行宇宙学模拟。每位天文学家在此项工作上的排放量约为15吨，几乎是年飞行排放量的4倍(图1)。

图1 澳大利亚天文学家的四种排放来源，以吨(t)二氧化碳(CO2)当量(e)每年(yr-1)每人为单位。图中标明了误差线，注意观测站的数值为排放量下限

另一个例子是即将开展的大型中微子探测阵列(GRAND)项目，该项目计划利用分布在世界各地山区的20万根天线，探测来自深空的超高能量中微子。2021年，该项目背后的团队估算了三个不同实验阶段的温室气体排放，分别是：原型实验、中规模实验以及将于2030年进行的全面实验。他们把模拟和数据分析、数据传输和存储以及计算机和其他电子设备称为“数字技术”，这些技术将在碳足迹中占据很大比重。

预计原型实验阶段数字技术产生的排放将占69%，相比之下旅行仅占27%，4%来自“硬件设备”，如制造无线电天线。在中期实验阶段，数字技术将占总排放量的40%，剩余排放中旅行和硬件各占一半。当整个实验完成并投入使用后，主要排放量将由硬件(48%)和数字技术(45%)分担。

超级计算机的环境成本很大程度上取决于为设备供电的能源来源。2020年，荷兰天文学委员会邀请Portegies Zwart和另一支研究团队分析其6个成员机构的碳足迹。据估计，2019年平均每位荷兰天文学家排放4.7吨二氧化碳当量，远低于澳大利亚，而其中仅有4%来自超级计算。

荷兰天体物理学家Florisvander Tak主持了该项研究，他认为荷兰的天文学家不会比澳大利亚的同行们更少使用超级计算机，因此差异可能源自不同的能源供应。由于荷兰100%使用风能或太阳能产生的可再生能源，国家级超级计算中心SURF不产生任何碳排放，少量的排放由国际设备和荷兰的小型超级计算机产生。如今，Portegies Zwart已经养成查看自己所用的超级计算机是否采用环保能源的习惯，如果不是，他将考虑使用其他设备。

问题根源

德国马克斯‧普朗克天文研究所的温室气体排放数据同样显示出国家间的碳排放差异。2018年，该研究所每位研究人员排放了约18吨二氧化碳当量——超过荷兰天文学家，但只有澳大利亚同行的一半(图2)。这一数值比普通德国居民高出60%，是德国2030年减排目标的三倍，而该目标是符合巴黎气候协定的。

图2 一位澳大利亚天文学家和一位马克斯‧普朗克天文研究所的德国研究员2018年的平均排放量，按排放来源分类，并与德国根据《巴黎协定》设置的2030年目标排放比较。与电力相关的排放包括计算和非计算消耗，无论在德国还是澳大利亚，其绝大部分排放都是由计算产生的

在马克斯‧普朗克研究所2018年的碳排放中，约有29%来自电力消耗，其中计算(尤其是超级计算)占75—90%。德国和澳大利亚碳排放差异的关键在于电力的来源。2018年，德国约有一半电力来自太阳能和风能，而在澳大利亚，绝大部分电力来自化石燃料，主要是煤炭。这就意味着在澳大利亚，用于计算的电力每千瓦时产生0.905 kg二氧化碳，而在马克斯‧普朗克研究所只有0.23 kg。

van der Tak同时指出，这些调查工作是在几年前进行的，如今世界已经向前发展，比如现在使用可再生能源的机构越来越多。荷兰的一项研究发现，2019年荷兰天文学界的碳足迹中只有不到三分之一(29%)来自电力使用，包括为六家研究机构的本地计算供电。当时就有一半研究所使用绿色电力，随后又有两家开始改用100%可再生能源，van der Tak预计第六家研究所将在未来两年内实现转变。

澳大利亚的状况也在改变。作为该国三大国家级高性能计算设施之一的超级计算机OzSTAR，自2020年7月起已改用从附近的风力发电厂购买的100%可再生能源。超级计算机所在的斯威本 科技 大学声称，这将大幅度减少其碳足迹，因为电力排放占总排放的70%以上。

地点，地点，还是地点

但是，如何能确切计算出使用超级计算机的碳排放量呢？英国剑桥大学的数学家和物理学家Loïc Lannelongue没有找到简单的方法，于是他开发了一个名为“绿色算法”(green-algorithms.org)的在线工具，估算研究人员的碳足迹。

Lannelongue重申地点是关键。举例来说，在同样的硬件上运行相同任务，澳大利亚排放的二氧化碳大约是瑞士的70倍，因为瑞士的大部分电力来自水电。虽然估算任何一种算法的碳足迹都需要依据硬件、任务所需时间和数据中心或超级计算机的位置等关键因素，但绿色算法还有一个“实际比例因子”(PSF)，用于估计实际计算的次数——这对排放量有着直接影响。

事实上，大多数算法都要运行多次，有时甚至要在不同参数下运行数百次，而且根据任务和研究领域的不同，运行次数会有很大差异(图3)。研究还发现，南非和美国某些州有着与澳大利亚类似的计算排放量，而冰岛、挪威和瑞典的电力碳排放则特别低。

图3 绿色算法是一款免费工具，用于估计算法的碳足迹，估算过程涉及一系列因素，包括硬件要求、运行时间和数据中心位置等。用户可对计算性能进行评估，或者估算在其他架构上重新部署算法节约或消耗的碳。该图对比了不同科学领域算法的碳足迹——从粒子物理模拟和DNA辐射损伤到大气科学再到机器学习——并比较了每个算法只运行一次和同一任务的重复计算(PSF)的结果。上述结果以克(g)二氧化碳(CO2)当量(e)为单位，并与树木固碳量以及日常活动(如驾驶 汽车 )的碳排放量进行了比较

如今，随着云计算的出现，研究人员可以更方便地选择所使用的超级计算机。但即使无法更换机器，他们仍有其他方法可以减少碳排放。Lannelongue说，如果无法改变自己的所在地，则可以使用最新版本和优化的软件，因为这将会降低计算要求。

更好的编码

高效的代码对于使计算更环保同样至关重要。正如Portegies Zwart所说，如果你花费更多时间在代码优化上，它会运行得更快，产生的排放也会更少。此外，更换编码语言不失为一种好办法。

为验证这一观点，Portegies Zwart进行了实验，他用十几种不同的编码语言运行同样的算法。没有哪种语言的代码经过特别优化，而且编写每种代码花费的时间相近。与其他编码语言(如C++或Fortran)相比，物理学家常用的Python运行算法时间要长得多，因此会产生更多碳排放。问题在于Python易于使用，却难以优化，而其他语言虽难编码，但更容易优化。

然而，远离Python未必能解决问题。法国格勒诺布尔-阿尔卑斯大学的研究员Pierre Augier称，更好的教育和Python编译器的使用同样有效。他采用更加优化的代码和5种不同的Python实现方式进行了类似的实验，其中四种实现方式比C++和Fortran更快，产生的排放更少，而且更容易被理解和使用。

Portegies Zwart同意Python可以是高效的，但并不能反映实际情况。他认为天文学家对代码的优化程度并不高，与其让他们学更多计算机知识，物理研究机构或许应该雇佣更多计算机专家。“我们擅长物理，但计算机科学家把我们学习物理的时间都花在了学习计算机上，”他说，“毫无疑问，‘他们’更擅长编程。”

隐性排放

碳密集型工作不止有超级计算机上的仿真。作为GRAND中微子项目的联合发起人，法国索邦大学的Kumiko Kotera和她的同事们发现，在实验的原型阶段，数据存储和传输将占年总排放量的大约一半，中期阶段占四分之一，全面实验阶段占三分之一以上。相比之下，数据分析和仿真在三个阶段产生的碳排放占比分别为16%、13%和7%。

数据存储和传输的碳足迹取决于数据中心的能源需求，使用排放量较低的数据中心可以在一定程度上解决问题。不过，缩减数据量仍有作用，科学家们会对所传输的内容更加谨慎。Kotera表示，GRAND项目将研究如何减少数据量，找到有效清理数据的方法。

图4 为降低整体碳排放，CERN 聘请了一名环境工程师，负责监督未来项目的建造工程

粒子物理学家也需要贡献力量。欧洲核子研究中心(CERN)每年产生约100 PB数据。全球LHC计算网格(WLCG)整合全球40多个国家约170个计算中心的计算资源，并对这些数据进行存储、分发和分析。CERN近年来开始发布环境报告，2021年发布的第二份报告介绍了在LHC上实施的能效改进措施(图4)，改进后每单位能源能够采集更多数据。升级后，LHC在20年使用寿命内的能效将是首次启用时的10倍。但该报告也承认其中并没有真正涵盖WLCG的全部排放，仅对CERN拥有或运营的WLCG设备能耗进行了详细说明。

改变心态

Lannelongue希望越来越多的研究人员能够开始考虑计算产生的碳排放，并将其纳入决策之中。一个典型的例子就是从前研究者经常通宵运行那些效率低下的代码和软件，当被告知提高计算效率将减少碳足迹后，他们有了改变的动力。

谈及GRAND项目，Kotera表示，他们计划建立一个仿真库，让用户可以重复使用常用的仿真，而不用自己创建，这样能够避免同样的数据被不断复制。即使在大型合作中，由于没有中央存储，经常会有不同用户反复运行同一个仿真的现象。“只需按下一个按钮，就能进行为期一周的仿真，得到结果然后说‘哦，其实我并不需要它’，这实在太常见了，”Kotera说，“我们的目的在于，鼓励用户在运行之前先思考是否真正需要这次仿真。”