多彩發(fā)電 點亮現(xiàn)代化之路
當?shù)貢r間2003年8月14日下午4點，美國紐約市曼哈頓地區(qū)率先發(fā)生大停電，并迅速蔓延到用同一供電網絡的底特律、波士頓和加拿大首都渥太華、商業(yè)中心多倫多等城市，停電區(qū)域約24000千米2，涉及人口5000多萬人。一時間，地鐵、電梯、空調停止運行，成千上萬的人同時用手機打電話導致移動網絡崩潰，機場因無法順利進行安檢而陷入癱瘓，而被迫關閉的煉油廠、汽車制造廠更是損失慘重。據(jù)估計，本次“8·14美加大停電”共造成經濟損失250億～300億美元。
“羅馬不是一天建成的�！贝笸ｋ娍梢运查g發(fā)生，而人類的發(fā)電史則是一個漫長而艱辛的科技創(chuàng)新過程。1752年，富蘭克林在暴風雨中放飛了他的風箏，證明雷閃現(xiàn)象就是一個放電的過程。1831年，法拉第用一根磁鐵棒和一個纏繞銅線的圓筒來進行電流試驗，發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象。1905年，瑞士伯爾尼聯(lián)邦專利局一位26歲的工作人員——愛因斯坦發(fā)表了5篇革命性論文，其中，質能方程打開了核電的大門，而光電效應則揭示了太陽能發(fā)電的奧秘。
1875年，法國巴黎北火車站建成世界上第一座發(fā)電廠，為附近照明設備供電。1882年，美國發(fā)明家愛迪生在紐約建成了工業(yè)規(guī)模的發(fā)電廠，點亮了華爾街地區(qū)0.65千米2范圍內所有的路燈。1936年，胡佛水壩建成投產，成為當時世界上最高的水壩和最大的水電站，伴隨美國走出大蕭條的陰影。1954年，蘇聯(lián)建成世界上第一座核電站——奧布寧斯核電站，開創(chuàng)了人類和平利用原子能的先河。1958年，在太空競賽背景下，美國發(fā)射的“先鋒一號”人造衛(wèi)星配置了光伏電池陣列。
20世紀70年代的中東石油危機，揭開了世界各國開發(fā)替代能源的序幕，風能等一系列新能源開始登上歷史舞臺。進入21世紀，隨著全球變暖形勢日趨嚴峻和《巴黎協(xié)定》的簽訂，清潔低碳發(fā)電日益成為世界潮流，新時代的能源生產與消費革命正在朝著化石能源清潔化、清潔能源規(guī)�；�、交通能源電氣化的方向發(fā)展。
今天的發(fā)電世界百花齊放，五彩斑斕。燃煤發(fā)電就像老黃牛一樣默默耕耘，提供著相對廉價、充足、穩(wěn)定的電力，并且可以實現(xiàn)常規(guī)大氣污染物的“超低排放”；燃氣發(fā)電的碳排放大約是普通煤電的一半，而燃氣輪機則因為技術復雜，被譽為是裝備制造業(yè)“皇冠上的明珠”；水力發(fā)電將滔滔江水轉化為“金山銀山”，同時具有防洪、航運等方面的綜合效益；核能發(fā)電已經進入第三代商業(yè)化應用、第四代技術儲備階段，非能動、行波堆等先進理念和技術不斷涌現(xiàn)，在規(guī)�；�、低碳化方面具有獨特優(yōu)勢；風能、太陽能發(fā)電成本大幅下降，近10年來，陸上風電造價下降40%以上，晶硅太陽能發(fā)電造價下降90%以上，已經逐步具備與煤電“平價上網”的能力。燃煤、燃氣、水力、核能、新能源發(fā)電這五種發(fā)電形式，就像奧運五環(huán)一樣，緊密聯(lián)系在一起，共同構建了一個龐大復雜、互為補充的發(fā)電體系。
然而，各種發(fā)電形式也都面臨著不同的挑戰(zhàn)。燃煤發(fā)電的碳排放、燃氣發(fā)電的工程造價與天然氣供應、水力發(fā)電對生物多樣性與區(qū)域生態(tài)的影響、核能發(fā)電的安全性與核廢料處理、新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性，各類挑戰(zhàn)不一而足。在清潔低碳、安全高效的發(fā)電系統(tǒng)構建中，每種發(fā)電形式都有自己不可取代的位置，而所獲得的實際市場份額，則是技術經濟、環(huán)保、社會等多種因素動態(tài)博弈的結果。其中，對生態(tài)環(huán)境的影響是制約因素，大數(shù)據(jù)與人工智能的應用是驅動力，經濟效益是根本因素，而自身的資源供給則是邊界條件。當然，隨著科技的進步，這種資源邊界條件在不斷延伸，例如人類成功實現(xiàn)核聚變的商業(yè)化發(fā)電。
在發(fā)電行業(yè)的轉型升級之路上，每個國家都要針對社會發(fā)展潮流，基于本國的國情制訂發(fā)電計劃，例如，美國的頁巖氣發(fā)電、巴西的水力發(fā)電、法國的核能發(fā)電、丹麥的風力發(fā)電等。通過新中國成立七十年的艱苦努力，特別是改革開放四十年來的跨越式發(fā)展，截至2018年末，中國已經建成世界上規(guī)模最大的清潔高效燃煤發(fā)電系統(tǒng)。煤電超低排放機組超過8億千瓦，排放標準世界領先。同時，中國可再生能源發(fā)電裝機容量突破7億千瓦，其中水力發(fā)電、風力發(fā)電、光伏發(fā)電裝機容量分別達到3.5億千瓦、1.8億千瓦和1.7億千瓦，均位居世界第一。核能發(fā)電裝機容量達到4464萬千瓦，在建裝機容量1218萬千瓦，在建規(guī)模世界第一。中國非化石能源發(fā)電裝機容量占比已達40%，發(fā)電量占比接近30%。
2015年底，隨著青海最后3.98萬無電人口實現(xiàn)通電，中國已經全面解決無電人口的用電問題。目前全球仍然有近10億人口沒有用上電。魯迅先生說：“其實世上本沒有路，走的人多了，也就成了路�！痹谕ㄍ�現(xiàn)代化之路上，世界各國人民只有先后，而不會缺席。目前，發(fā)達國家已經有13億人民實現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，中國14億人民也將在2035年左右基本實現(xiàn)生活現(xiàn)代化，而三倍于中國人口的“一帶一路”國家的現(xiàn)代化建設更是方興未艾。
電力，是現(xiàn)代化的重要標志之一。通過編寫《多彩的發(fā)電》科普圖書，我們與廣大讀者一起，共同分享發(fā)電的前世今生、科技創(chuàng)新、示范工程與人文關懷。期待本書吸引社會公眾關注發(fā)電、支持發(fā)電、參與發(fā)電，激蕩思維，暢想未來，用多彩的發(fā)電，點亮人類的現(xiàn)代化之路。