能源场 | 火电、核电、水电、风电、光伏发电的优与劣！

简单来说，

就是在水位落差大的河流修建大坝和水电站，

把水流引入水电站，

冲击水轮机或水车旋转，

带动发电机转子旋转，

电就发出来了。

▲ 中国三峡集团溪洛渡水电站

02

风力发电

在山川田野、戈壁荒漠、蔚蓝海面上，

“翩翩起舞”的“大风车”，

就是风力发电机组。

▲ 大唐赤峰塞罕坝风电场

▲国家能源集团国电电力舟山海上风电公司普陀风电场

风力发电机组是利用风力带动风车叶轮旋转，

将风能转化为机械能，

发电机再将机械能转化为电能。

风力发电机组输出的电能，

通过集电线路输送到风电场升压站，

升压站升压后再输送到电网，

就变成了千家万户可以使用的清洁风电了。

03

光伏发电

▲ 中节能太阳能华东区长兴电站

光伏发电是根据光生伏特效应原理，

利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能，

主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，

主要部件由电子元器件构成，

太阳能电池经过串联后进行封装保护，

可形成大面积的太阳电池组件，

再配合上功率控制器等部件，

就形成了光伏发电装置。

光伏电站一旦建成之后，

只要有光照，就可以发电，

不再与外界产生物质交换，

但光伏发电获得的能源，

同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。

04

火力发电

以煤、石油或天然气作为燃料的发电厂，

统称为火电厂。

▲ 中国华能裕华热电公司

以燃煤火电厂为例，

这得从“烧开水”说起，

首先把煤炭通过输送设备（输送带），

送到锅炉里燃烧产生热量，

（相当于家用的一个大火炉子）

加热锅炉里的水（相当于水壶）

产生高温高压蒸汽，

蒸汽通过管道到达汽轮机，

推动汽轮机带着发电机一起旋转，

电就从发电机里发出来了。

05

核能发电

▲华龙一号全球首堆中核集团福建福清核电

核电站与火电站的发电方式极其相似，

主要区别就是锅炉不一样，

核电站的"锅炉"是核反应堆，

或者说是"核锅炉"。简单来说，

核燃料在“反应堆”的设备内，

发生裂变而产生大量热能，

再用处于高压力下的水把热能带出，

在蒸汽发生器内产生蒸汽，

蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，

电就源源不断的产生出来。

压水堆核电站主要结构

了解了电的来源和发电原理，

那么电站发电需要吃多少“粮食”呢？

2

一度电需要耗费多少“原材料”？

Electric Energy

01

水力发电

由于各电站水头差不同，

不好以固定的单位来衡量一度电所需水量，

以长江三峡为例，

大约每4.2吨长江水三峡电站可发1度电，

4.2吨水可供深60厘米普通浴缸洗3次。

三峡电站多年平均年径流量约4300亿立方米，

除去防洪弃水，

平均每年可发电882亿度，

每天发电量约占全国1/30。

▲ 中国三峡集团三峡水电站

02

风力发电

风电的“粮食”是风，

一般风速达到3m/s风车就可以旋转发电。

以国家能源集团内蒙古官村风电场为例，

1.5兆瓦机组的叶片每转动一圈可以产生约1.4度电，

1座10万千瓦的风电场一年的发电量约为2.6亿千瓦时，

能供4万户普通家庭使用一年。

▲ 国家能源集团内蒙古官村风电场

03

光伏发电

按照常规的太阳能电池组件来计算，1KW组件大约10个平方，光照1小时就可发1度电。常规一家三口电器齐全的情况下，平均一天耗电6度，所以理论上，有一个10平方米的空间放一个1kw太阳能电池组件，每天光照6小时，就可做到自给自足。

▲ 目前世界上一次性单体投资规模最大的光伏

电站——国电投格尔木并网光伏电站

04

火力发电

火力发电靠什么燃料呢？

火力发电靠的是石油、煤炭和天然气等燃料。

以煤炭为例，

中国大唐东营发电公司煤机组，

每发一度电约需要258g左右煤炭资源，

相当于我们常用的一次性纸杯一杯左右。

▲ 大唐东营发电有限公司

05

核能发电

核电站要发电，

需要“吃”一种特制的“粮食”。

这种“粮食”我们叫做核燃料，

目前商用核电站的主要使用铀作为核燃料。

铀燃烧后几乎零排放，

一千克铀-235相当于一个鸡蛋大小，

约可以发电2280万度，

相当于深圳三分之二家庭的日用电量，

所以我们常说，

“一个鸡蛋”点亮半个深圳。

▲ 中广核大亚湾核电站

虽然核弹和核电站都以铀为原料

但两者对纯度的要求完全不同

核弹要求铀的纯度在90%以上

而核电站的核燃料一般只需纯度3%左右的铀

正如烈度白酒可以点燃

啤酒却不能点燃的道理一样

核电站是不会像核弹那样爆炸的

各种电能自带“光环”

各有特点自成一体

又在惠及人类的过程中

相互兼顾、共同发挥作用

那么他们各自有哪些特点呢？

3

五种发电方式都有哪些优缺点？

Electric Energy

01

水力发电

水力发电是一种再生、清洁能源

既廉价又没有污染

所以受到很多国家欢迎

水电站在发电的同时还可以控制洪水泛滥

改善航运条件、生态环境

枯水期还可以为下游补水

▲ 中国华电乌江构皮滩水电站

但水电站是“靠天吃饭”，

碰到少雨季节或者突发洪水超过最大拦蓄容量，

就只能采取少发电甚至停发电。

02

风力发电

风电最大的优点就是清洁、可再生、零排放，

1座10万千瓦的风电场一年可节约标煤9.3万吨，

减排二氧化碳25.6万吨，

减少向大气排放粉尘1.2万吨。

▲ 国内首个旋转流潮汐海域风电——中国华能灌云海上风电项目

2012年，中国风电装机突破6000万千瓦，

取代美国成为世界第一风电大国。

截至2020年底，

中国风电累计装机容量达到28153万千瓦。

在全球排名前十的风电运营商及风机制造商里，

我们均能看到中国企业的身影！

风电的最大的缺点就是只能“靠天吃饭”，

当风速小于3米/秒或者高于25米/秒时，

风电机组就只能停机待命了。

03

光伏发电

太阳能光伏发电发电过程简单，

没有机械转动部件，不消耗燃料，

不排放包括温室气体在内的任何物质，

无噪声、无污染；

太阳能资源分布广泛且取之不尽、用之不竭。

▲ 中核集团内蒙古科左欣盛光伏电站

目前太阳能电池的转换效率低

是阻碍光伏发电大面积推广的瓶颈，

但这一缺点会随着技术的提高逐渐淡化。

04

火力发电

我国的火电站技术成熟，选址灵活，布厂方便，

可有效降低电网输配电耗损。

初投资费用低，占地面积小，建造周期短。

机组受环境、气候等不利因素较小。

运行平稳、可靠，

给我们供暖的热电站也正是利用了火力发电多余的热量，

大大的提高了能源利用率。

▲ 华电山东莱州电厂

但火力发电的主要问题是污染大，耗能大，

后期成本高，可持续发展前景暗淡。

05

核能发电

核能是安全、经济、高效的清洁能源，

是人类应对气候变化重要能源选择，

也是实现碳达峰碳中和目标重要选项。

一座百万千瓦级核电站一年相当于

减少燃煤约300万吨，

减少排放二氧化碳600万吨，

二氧化硫2.6万吨，氮氧化物1.4万吨，烟灰3500吨。

这相当于每年新种植了1.7万公顷树木。

国家电投海阳核电站

但是核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。

核能电厂投资成本大，选址要求高。

各种发电方式各有所长，

那么我国近几年电网用电比例有哪些调整呢？

4

我国能源结构有哪些变化？

Electric Energy

在“双碳”目标引领下，我国能源电力系统清洁转型加速，2023年电力装机再创新高，可再生能源成为保障电力供应新力量。年底可再生能源装机达14.5亿千瓦，占全国发电总装机一半以上，彰显发展动能。2023年能源电力发展可概括为：煤气旺盛，水电兴旺，光伏风电高歌猛进，核电运转。

01

水力发电

水电兼具火电的稳定性和新能源的清洁性，对优化能源结构、保障能源安全、减排温室气体至关重要。至2023年末，我国水电站超8600座，总装机规模达4.2154亿千瓦，利用率高。尽管装机规模被光伏和风电超越，但发电量仍居第二。我国水电开发能力全球领先，具备自主设计制造大型机组的能力，并在特高坝建设等领域创多项世界第一，成为能源电力领域的国际名片。

尽管常规水电发展高峰已过，但随着可再生能源需求增长，水电在“风光水一体化”中作用凸显。抽水蓄能电站的独特优势成为构建新型电力系统的关键支撑。至2023年底，我国在运和在建抽水蓄能装机容量均居世界首位。未来，装机规模扩大将推动水电全产业链发展，迎来新局面。

02

风力发电

在“双碳目标”和美丽中国建设背景下，风电成为除光伏外的重要能源转型载体。2023年，我国风电装机规模达4.4134亿千瓦，占电力总装机15%，其中陆上风电和海上风电分别突破4亿和3700万千瓦大关，排名世界第一。全年发电量8091亿千瓦时，占9.08%，排名第3。2023年新增装机7590万千瓦，同比增长近一倍，其中陆上风电增长显著。但海上风电在平价时代后新增装机逐年下滑，2023年虽回升，但投资收益仍难以满足决策要求。

虽然2023年风电开发不如光伏亮眼，但行业仍相对景气。未来风电发展将取决于技术提升和制造规模效应，呈现三大特征：风电机组大型化、轻量化、低成本；整机价格降低，风机价格战加剧；海上风电重启成为焦点，大型化、智能化、漂浮式技术将引领发展。此外，屋顶风能技术突破和分散式风电审批简化将助推其发展。

03

光伏发电

2023年光伏行业迅猛发展，总装机突破6亿千瓦，成为第二大装机电源。新增装机规模占新增电力装机六成，户用分布式光伏装机也创纪录。光伏组件进入N型时代，TOPCon成主流，新电池转换效率屡破纪录。产业链各环节产能过剩，价格下滑，行业竞争激烈。

光伏发电2023年突破主因：成本大幅下降，技术迭代快，度电成本降超90%成最廉价电力。然而，非技术成本上升、产业房地产化及产能过剩内卷化等隐忧日益显现，面临国内外挑战，陷入价格战肉搏。

04

火力发电

火电，特别是煤电，是我国电力保供的“压舱石”，占发电总量六成以上。近年来，受电荒影响，煤电核准力度加大，装机规模持续扩大。2023年底，火电装机近14亿千瓦，发电量同比增长6.1%，占总量近七成。新增装机规模居第三，煤电“三改联动”成效显著。煤电碳捕捉技术也日趋成熟，泰州电厂CCUS项目成为亚洲最大。与此同时，煤电行业关闭速度放缓，煤电改革落地，发展困难期已过，客观环境预计会有较大改观。

我国火电正由基荷电源向调峰电源转型，预计“十四五”期间仍需适度发展煤电。新增煤电装机旨在满足新增用电需求、配合新能源大基地灵活性调节及淘汰旧煤电机组。煤电容量电价机制的实施将稳定煤电企业收入结构，可能助推煤电投资热情，需警惕对降碳减排的不利影响。

05

核能发电

核电作为新型发电方式，其清洁基荷能源属性日益受到重视。自2019年重启新增核电机组审批后，我国核电业务快速发展，技术不断迭代。2023年，我国继续核准多个核电项目，总投资达2000亿元，连续五年核准新项目，显示核电稳定发展政策周期。山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站正式投入商业运行，标志中国在第四代核电技术领先世界。2023年我国在运核电机组位居世界第三，发电量排第四，在建规模世界最大。同时，我国在核聚变和核能供热领域也取得重要进展。

我国建立了完善的核电产业链，掌握了核心设计制造技术，形成了年产8-10台核电主设备的能力，三代核电机组国产化率超85%。2024年预计新增4台核电机组，装机约500万千瓦。核电行业准入壁垒高，长期由中核和中广核主导，近年华能集团和国电投也涉足核电领域。

（以上数据主要来自于国家能源局、国家统计局、中电联等相关权威部门）

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参考资料 | 国资小新、能源大讲堂、智汇光伏、

能源新媒等

编辑丨域智君

审核 | 张老师 李老师

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