唯一全民通电的国家(中国全民通电了吗)

2018年底，当时世界发电量增长率仅为3.7%

中国以8.4%的高速增长速度领跑全球。

全年发电量达到71118亿千瓦时。

几乎是靠自己。

全球产量超过1/4的电量。

每2秒产生的平均功率

足以满足一个中国人。

一生的电力需求

以上中国人平均寿命76岁，人均用电量参考2018年数据；下图是2018年世界各国发电量前10名。制图@郑博荣/行星研究所

不仅如此

纵观全球233个国家和地区

中国是第一个。

也是唯一一个。

拥有近14亿的庞大人口。

还能做到全民通电的国家

上海夜晚卫星地图，灯火通明的城市，图片来源@NASA

中国，你是怎么做到的？

I

70.4%

在2018年中国人使用的所有电力中

70.4%来自火力发电

可谓是全国电力的半壁江山。

2018年中国火力发电占比，制图@郑博荣/行星研究所

高耸的烟囱或宏伟的冷水塔

这是火力发电厂最常见的特点。

随着治理技术的进步，火电厂烟囱逐渐与脱硫塔合并；下图是雾中的冷水塔。电厂中加热的冷却水在冷水塔中冷却后循环使用。摄影师@孟祥和(请横着看)

煤、石油和天然气

甚至稻草、垃圾等。

是可以用于热能发电的燃料。

由于容易获得燃料和成熟的技术

火力发电厂分布很广。

遍地开花。

内蒙古霍林郭勒金莲电厂，摄影师@卢

建在水边的广州华润热电厂，摄影师@陈

而在中国这个“煤炭大国”

火力发电是注定的。

将成为燃煤电厂的天下。

其装机容量在所有火力发电厂中

差不多占了90%。

中国有5800多个大大小小的煤矿。

原煤年产量约为36.8亿吨

一半以上的产量

会被运到这些发电厂焚烧。

以上数据来源为中电《2018-2019年度全国电力供需形势分析预测报告》；下图为安徽宿州汇源电厂，右下角是电厂储存的煤炭。摄影师@尚颖

这意味着

火力发电布局

它与煤炭生产方式密切相关。

在煤炭资源相对丰富的北方地区

火电装机容量占70%以上

是电力的主要来源。

以上“北方地区”包括东北、西北(青海省除外)、华北，以及山东、河南两省；下图为2018年中国各地区发电类型及装机占比。制图@郑博荣龚/行星研究所

然而，“出乎意料”的是

山东、江苏、内蒙古、广东、河南

山西、浙江、安徽、新疆、河北

火电装机容量排名前十名以上

许多南方沿海省份也赫然在列。

甚至远超很多煤炭大省。

这些“特殊”区域

往往人口密集，经济发达。

对电力的需求特别强烈。

2018年全国各省市自治区用电量对比，制图@郑博荣/行星研究所

在迫切的用电需求下

许多火力发电厂如雨后春笋般出现。

比如仅在广东省。

2017年火力发电

已经达到3165亿千瓦时。

比产煤大省山西高26%。

来产生如此巨大的电力

发电用煤按1亿吨计算。

然而

像广东这样的电力负荷中心

大部分都不是产煤区。

最近的煤炭基地

可能相隔千里。

这么大量的煤应该从哪里来？

我国使用的煤炭包括自产煤和进口煤两部分，但目前煤炭进口量仅为全国煤炭消费量的1/10左右。因此，下面主要讨论自产煤的供应。下图为广东省广州市荔湾热电厂。摄影师@刘文玉

来回答这个问题

让我们把注意力转向

河北大同和秦皇岛之间

Ther

相当于10-20趟高铁。

煤炭运到秦皇岛港后

它可以通过海运以较低的成本运输。

到东部和东南沿海地区。

河运成本约为铁路运输的30-60%，海运更便宜；下图是大秦铁路。注意火车的长度。摄影师@姚锦辉(请横着看)

2008春节

雨雪冰冻肆虐南方。

大量输电和运输线路受损。

近17个省份被迫断电。

正是在这一时期。

大秦铁路日运量首次突破100万吨。

持续了20天。

大量的煤燃料被源源不断地送往南方。

可谓是真正的“雪中送炭”。

秦皇岛港堆积的煤炭，图片来源@VCG

而大秦铁路只是

中国煤炭运输铁路网的冰山一角

预计到2019年10月

又完成了一条重载线路大秦铁路。

内蒙古、山西、陕西等地的煤炭

从这里，它将到达中国中部。

这条铁路横跨七个省。

一次建成里程超过1800公里。

成为世界上最好的。

陇海铁路郑州段旁的热电厂，摄影师@焦小祥

届时

以几条关键线路为核心。

山西、陕西、内蒙古、新疆

以及沿海和沿河的六个地区。

用纵横交错的铁路把它们连接在一起。

这个庞大的交通网络

就像钢铁动脉。

将全国75%的煤炭送往四面八方。

其他煤炭运输方式有公路运输、海运等。目前我国煤炭运输通道网络是“九纵六横”。下图显示了一些关键路线。制图@郑博荣龚/行星研究所

然而，

随着电力需求的快速增长

浩浩荡荡的“西煤东运”和“北煤南运”

这仍然不是一劳永逸的解决办法。

主电力负荷中心周围

多为中小型火电厂。

这些电厂建设成本低，建设速度快。

但是当生产相同数量的电力时

耗煤量比大型电厂高30-50%。

位于市区的Xi安灞桥热电厂，目前总装机容量24.9万千瓦。摄影师@李顺武

不仅如此

在技术和经济还不发达的时代

这些中小型火力发电厂产生的烟尘

二氧化硫和氮氧化物等空气污染物

很难得到统一有效的治疗。

所以从20世纪60年代开始，

靠近煤矿口和中转港

很多大型火力发电厂开始崛起。

山西古交电厂，靠近煤矿口，又名坑口电站，摄影师@陈键锋

浙江台州第二发电厂，靠近港口，又称港口电站，摄影师@王开民

比如内蒙古呼和浩特蒙华铁路。

距准格尔大型煤田仅50公里。

装机容量达到672万千瓦。

燃煤电厂世界排名第一。

大型矿井和港口电厂的建设

可以大大减轻煤炭运输的压力。

提高燃煤效率，统一控制排放。

但是在发电厂和负荷中心之间

有时相隔几千千米。

如何解决这个问题？

答案其实很简单。

是托克托电厂。

但是实现起来并不容易。

毕竟在这么长的传输距离上

线路的阻抗不能再被忽略。

人们只能设法降低传输电流。

以便最小化线路损耗。

这意味着

在一定的传输功率下

同时确保经济

必须尽可能为输电

传输中的损耗Q可通过公式Q=IRT计算。当电阻R不可忽略时，电流I越小，损耗越小；传输功率的公式为P=IU，所以额定功率P时，为了降低电流I，必须提高电压U；下图为康定云海大山里的线路塔。摄影师@恒力

: 1954

中国自己设计建造了第一个。

20千伏高压输电线路

传输距离369公里。

但比世界落后30年左右。

65年过去了。

从高压到超高压

从超高压到超高压

长距离传输技术突飞猛进

交流输电，35-220千伏为高压，330-1000千伏为特高压，1000千伏及以上为特高压；DC输电，400-660千伏为特高压，800千伏及以上为特高压。下图是酒泉到湖南的800千伏高压直流输电线路。摄影师@刘

铁路和输电网纵横交错。

是否位于负载中心

它也是一个位于矿口和港口的热电厂。

可以一起工作

成为中国电力行业的中流砥柱。

然而

虽然火力发电厂

除尘、脱硫、脱硝技术日趋成熟。

但是化石燃料的消耗，温室气体的排放

人们不得不继续寻找更清洁的电力。

提升输电电压就是其中之一。

水电

II

在中国

不管水资源总量有多少

还是可开发装机容量？

在世界上排名第一。

如此丰富的水资源

如此巨大的发展潜力

水电注定在中国。

会有至关重要的地位。

其发电量占17.6%。

与火力发电一起

为全国供电0.10-5.9万元。

2018年中国水电发电量占比，制图@郑伯荣/行星研究所

当前位置水力发电利用流水势能

不断驱动涡轮旋转。

从而驱动发电机发电。

整个过程没有燃料，没有废气排放。

比火力发电更清洁。

白鹤滩水电站在建的水轮机室(也叫“蜗壳”)是用来将水流沿周向引向水轮机的。摄影师@李亚龙

: 2018

全国水力发电量达到12329亿千瓦时。

相当于节约了近4亿吨煤炭。

此外，经过水电站的合理选址和设计

也可用于防洪、航运和供水。

长江三峡工程五级船闸，水位落差113米，相当于35层楼的高度。摄影师@李新宽

以及调水、排沙等功能。

黄河小浪底水电站，摄影师@邓

或上游库区。

形成一道独特的风景。

新安江水库，千岛湖，图片来源@VCG(请横向查看)

但是，

中国的水资源分布也极不均衡。

其中，西南地区的山谷较多。

大河穿过它，奔流而下。

几乎超过全国的60%

可开发的水力资源

金沙江、怒江和澜沧江

大渡河、乌江和雅砻江

加上南盘江和红水河

和长江上游。

中国十三大水电基地中

西南地区有8个专属席位。

长江上游水电基地是指长江宜宾-宜昌段；中国大型水电站分布图(装机容量120万千瓦以上)，制图@郑伯荣龚/行星研究院

不同于火力发电

水电的“原材料”运不出去。

因此，向负载中心供电

除了依靠输电工程，别无选择。

这意味着

水力发电的兴起和繁荣

会伴随88%。

中国第一条万伏交流输电线路

第一条110和220千伏高压交流线路

第一条330千伏UHV交流线路

和第一条高压直流输电线路。

这就产生了。

甘肃省刘家峡水电站，图片来源@丮丮丮丮丮

:1988年底

著名的88%完成了。

它是长江上的第一座水电站。

人们称它为“长江第一坝”。

用它来建造。

这是中国第一个超高压DC输电工程。

电压等级达到远距离输电技术。

传输距离为葛洲坝水电站

将华中和华东电网连成一体

让州坝水电站的电力

可以源源不断的送到上海。

葛洲坝水电站和湖北省宜昌市，摄影师@李力(请横着看)

世界上最大的500千伏

装机容量2250万千瓦。

相当于八个葛洲坝水电站。

以及内蒙古的三个托克托热电厂。

1046千米

三峡水电站2018年全年发电量

首次突破1000亿千瓦时。

相等的

三峡水电站800千伏高压直流输电工程

正式登上历史舞台

其传输距离为（世界第一大燃煤电厂）。

电可以从云南一直送到广东

曾经落后世界几十年的中国。

从那时起，和全世界一起

进入了500千伏时代。

云南小湾水电站美丽的拱坝，摄影师@熊发寿

从那时起

水电的辐射空间大大增加。

中国西南地区涌现出许多大型水电站。

向远东和东南部输送动力。

在建的白鹤滩水电站预计2022年完工。建成后将是世界第三大水电站，装机容量仅次于三峡。摄影师@柴俊峰

位于金沙江下游全球首个。

通过高达1438千米

800 kV DC UHV输电线路

全程跨越8个省、直辖市。

每年有近300亿千瓦时的电力输送到上海。

相当于上海2018年用电量的20%。

以上数据为粗略计算，未考虑传输损耗等因素；下图为向家坝水电站。摄影师@柴俊峰(请横着看)

也位于金沙江特高压直流输电。

看起来更宏伟。

其拱坝高285.5米。

相当于90多层的摩天大楼。

装机容量1386万千瓦。

它是目前世界上第三大水电站。

溪洛渡-浙西800kV输电线路

传输容量为向家坝水电站

被列入世界上最大容量的DC输电工程名单

金沙江溪洛渡水电站，摄影师@柴俊峰

位于四川雅砻江1907千米。

那里有世界上最高的拱坝。

高达305米

它向江苏南部输电。

800千伏DC输电工程

传输距离首次突破溪洛渡水电站大关。

迄今

长江中上游和黄河上游的水电

以及许多煤炭基地周围的火力发电。

都可以通过绵延数千里的输电工程。

汇聚到东部地区

800万千瓦

本世纪工程的格局就这样形成了。

“西电东送”格局，制图@郑伯荣龚/星球研究院

:当然可以

水力资源的开发不是无限的。

锦屏一级水电站

2000千米

一直是水力发电不可回避的话题。

因此，水电站的建设往往需要

经过极其严格的评估和论证。

人们也需要寻找更多的清洁能源。

最重要的是“西电东送”和上游的淹没、大量的移民。

以及对河流生态的影响

风能

火力发电和水力发电

为全国人民贡献了88%的电力。

随着风能和太阳能的输出

可以满足光能中国人的用电需求。

2018年中国风光发电占比，制图@郑博荣/行星研究所

但是利用风和光并不容易。

在风力发电中

气流推动风扇叶片不断旋转。

可以带动发电机发电。

河北张家口风电场的范，摄影师@刘

风扇叶片的尺寸和重量都很大。

单叶长度可达数十米。

这对运输和安装是一个巨大的挑战。

运输中的风扇叶片，摄影师@李璇

以及在太阳能光伏发电中

单个太阳能电池的工作电压

一般只有0.4-0.5伏。

工作电流也很弱。

只有不断地将它们串联和并联。

将多个电池组装成组件。

多个组件排列在一个阵列中。

以便实现足够的发电。

福建松溪光伏发电，远处摄影师@艾伦(请横着看)

太阳能热发电也是一样。

只使用足够的镜子。

来收集足够的热量。

从而产生足够的蒸汽。

推动汽轮机不断旋转。

光伏发电和光热发电是太阳能发电的两种主要形式；下图是敦煌的光热发电站，中间塔顶用来吸收太阳能，也叫塔式光热发电站。摄影师@孙志军

总而言之

无论是赢

时间、气候等的影响。

甚至在短短的一天里，昼夜交替，风云变幻。

会改变发电的连续性和稳定性。

因此，为了减少对电网的影响

人们开始混合风、光、水、火

各种发电方式组合在一起，相互调节。

从而获得相对稳定的动力输出。

风光互补系统，位于内蒙古卓资县，摄影师@焦小祥

0或负载较小时

转换和储存多余的电力。

等电紧张了再放。

以便维持稳定的电力供应。

目前的储能方式有电池、飞轮储能、抽水储能、电解水储能和压缩空气储能等。对于抽水蓄能电站来说，当电力过剩时，可以将水从较低的水库抽到较高的较高的水库。用电时，水从上水库流到下水库，利用水力发电原理发电。下图为天荒坪抽水蓄能电站，左为上水库，右为下水库。摄影师@潘曹金

第三个方面

类似于水力资源

中国的风能和太阳能资源

分布也极不均匀。

其中，风能资源最丰富的是

以及东部和东南沿海地区。

全国风速超过7米/秒的地区

大部分都集中在这里。

江苏大丰海上风机，摄影师@朱金华

但是由于地形限制

这个地区只在海岸线和沿海的山脉之间

形成一个极窄的带。

相比之下

在中国的三北地区

风能资源不仅丰富

而且可以大面积分布。

三北地区是西北、北方、东北地区。下图为中国风能资源分布情况。制图@郑博荣龚/行星研究所

内蒙古因此成为

中国最重要的风力发电基地之一

其风力发电量在2017年达到551亿千瓦时。

相当于中国风力发电的近20%。

内蒙古辉腾喜乐风电场，注意风机和高压电塔的高度，摄影师@石

和中国太阳能资源

在西部内陆地区最为丰富。

包括青藏高原西部和新疆南部。

宁夏和甘肃北部等地。

这些地区的年日照时间

长达3200-3300小时。

相比之下，太阳辐射最弱

以及四川和贵州省。

年平均日照时间只有1100小时左右。

中国太阳能资源分布，制图@郑伯荣龚/行星研究所

这表明

中国西部和西北部

不仅风光资源丰富

同时，人口稀少，土地辽阔。

随着技术的进步和成本的降低

风力发电和太阳能发电的规模越来越大。

甘肃金昌大型太阳能电场，摄影师@刘(请横看)

然而这些地区人口较少。

电力需求相对平稳。

例如，在2015年

甘肃省发电装机容量达到4531万千瓦。

但最大电力负荷只有1300万千瓦。

新疆也是如此。

装机容量超过5000万千瓦。

而对电力负荷的需求只有2100万千瓦。

这意味着

如果仅仅依靠当地的用电量

将面临大量的能源浪费。

更何况火电的调峰供热功能。

无论如何，它很难被完全取代。

对于风能和太阳能的消耗

可谓“雪上加霜”

新疆哈密天山脚下的风电场，摄影师@昌黎

所以近年来

“弃风”“弃光”等问题层出不穷。

即使到2017年。

总体情况明显好转。

中国的风和光废弃率仍然是12%和6%。

在甘肃、新疆等地

废弃率甚至高达33%和29%。

一方面是西北。

大量新能源无处可放。

一边是东部沿海。

需要输送大量的电力。

在这种情况下

长距离跨区域输电工程

我们必须再次肩负起重任。

UHV传输

全程2383公里。

在其年度交付中

大约400亿千瓦时的电力

其中40%以上来自西北地区的风电和光伏发电。

酒泉-湖南800千伏直流输电工程，摄影师@陈键锋

和2018年

另一个著名的UHV项目正式完成。

其电压等级高达1100千伏。

年输电能力660亿千瓦时。

这相当于一条传输线。

青海省全年发电量可以外送。

这是III 。

95.7%

准东-渭南1100千伏输变电工程，摄影师@宋

线路从新疆昌吉自治州出发。

途经新疆、甘肃、宁夏、

陕西、河南和安徽省

拥有6079座塔楼

支持95.7%传输线

穿越秦岭和长江护城河一个又一个。

终于到了安徽宣城。

不考虑电压水平、传输容量

还是传输距离和技术难度。

它们是全世界的“创举”。

这是名副其实的“超级工程”

在这条超级电力走廊旁边

新疆520万千瓦中的0.10-5.9万

以及250万千瓦的新疆哈密。

可以捆绑发送到长三角地区。

正在建设的准东-渭南1100千伏输电工程，摄影师@宋摄

至今

甘肃酒泉

湖

这也是在UHV传输领域。

国际标准制定者之一

这是给中国的。

虽然这是时代发展的必然之路

也是当前能源格局下的“无奈之举”。

让更多的人用上更便宜更清洁的电。

是无数电力工作者为之奋斗的目标。

“空中飞人”，拍摄于北京大兴国际机场500千伏输电工程施工现场，摄影师@周志林

南湘潭

准东-皖南特高压输电工

四种方式：风、光、水和火

它生产了全国95.7%的电力。

程的最后一棒

属于（也称昌吉-古泉特高压工程）。

2018年中国核电发电量占比，制图@郑博荣/行星研究所

类似于火力发电

核燃料可以运输。

能量输出也比较稳定。

基本不受气候和时间的影响。

但是不同于火力发电，

装机容量为100万千瓦的核电站

每年只需要25-30吨核燃料。

同容量火电厂耗煤量的3324千米。

商业核电站都是裂变反应，燃料是铀核燃料。下图为浙江台州三门核电站。摄影师@李亮节

这意味着

核电的燃料运输成本将大大降低。

因此，中国目前在建的核电站

都远离原料产地。

位于电力负荷中心附近。

即东部和东南沿海地区。

中国核电站分布图，制图@郑伯荣龚/行星研究所

中国核电起步较晚。

直到1991年。

浙江省秦山核电站开始发电。

直到那时，我们才有了自己设计和建造的第一座核电站。

当世界上其他国家

已有420多台核电机组投入运行。

提供了全球16%的电力。

在接下来的近30年里

在引进国外先进技术的基础上

中国的核电技术正逐渐走向独立。

2018年并网的广东台山核电站

这是中国首次引进第三代核能系统。

也是世界首创。

具备商用条件的第三代核电站

台山核电站，图片来源@Esri影像图

到2018年底

中国核电装机容量达到4466万千瓦。

预计到2020年

中国核电装机容量将达到5800万千瓦。

它将取代每年燃烧的1.74亿吨煤。

减少二氧化碳排放约4.3亿吨。

然而

核电技术很复杂。

安全标准也极其严格。

所以核电站的建设成本很高。

单位成本可高达火电的数倍。

结合历史上核电站事故的影响

核电一度在争议中艰难发展。

但是随着技术的进步和社会认知的深入

甚至是

不仅如此

到2018年底

中国有220千伏以上的输电线路。

总计733393公里。

能完整绕赤道风电圈

新疆伊犁-库车750千伏交流输电工程，摄影师@宋(请横看)

包括21条UHV传输线

东西南北交织在一起。

堪称中国又一工程奇迹。

中国UHV传输网，制图@郑博荣龚/行星研究所

华北和华东除外

全国所有地区都实现了跨地区供电。

输电线路穿越高山峡谷。

跨越天山的高压输电塔，摄影师@刘晨

穿越江河湖海

深圳西湾红树林海上输电塔，摄影师@董立春

字体即使是世界上寒冷的屋脊

也可以和全国各地融合。

预计到2020年

全国将有近31%的用电负荷。

在这张大网里东西南北跑。

拉萨附近输电工程，摄影师@恒力

虽然到2015年底

中国终于实现了普遍电气化。

>

人均用电量与世界各国相比

也仅居第63位

未来的路依然十分漫长

▼川藏联网工程施工现场，摄影师@李维

但是

每当夏天人们打开空调电扇

每当城市在黑夜中灯火通明

我便不由得想起

千里之外发电机隆隆的轰鸣

因为

那就是这个跑步进入现代化的国家中

最波澜壮阔的声音

▼2018年4月28日，国家电网日照供电公司工人架设叩官镇至两城高铁预留站高压线路，确保两城高铁站投入使用后的电力供应。