2018年底，當時世界發電量增長率僅為3.7%

中國以8.4%的高速增長速度領跑全球。

全年發電量達到71118億千瓦時。

幾乎是靠自己。

全球產量超過1/4的電量。

每2秒產生的平均功率

足以滿足一個中國人。

一生的電力需求

以上中國人平均壽命76歲，人均用電量參考2018年數據；下圖是2018年世界各國發電量前10名。制圖@鄭博榮/行星研究所

不僅如此

縱觀全球233個國家和地區

中國是第一個。

也是唯一一個。

擁有近14億的龐大人口。

還能做到全民通電的國家

上海夜晚衛星地圖，燈火通明的城市，圖片來源@NASA

中國，你是怎么做到的？

I

70.4%

在2018年中國人使用的所有電力中

70.4%來自火力發電

可謂是全國電力的半壁江山。

2018年中國火力發電占比，制圖@鄭博榮/行星研究所

高聳的煙囪或宏偉的冷水塔

這是火力發電廠最常見的特點。

隨著治理技術的進步，火電廠煙囪逐漸與脫硫塔合并；下圖是霧中的冷水塔。電廠中加熱的冷卻水在冷水塔中冷卻后循環使用。攝影師@孟祥和(請橫著看)

煤、石油和天然氣

甚至稻草、垃圾等。

是可以用于熱能發電的燃料。

由于容易獲得燃料和成熟的技術

火力發電廠分布很廣。

遍地開花。

內蒙古霍林郭勒金蓮電廠，攝影師@盧

建在水邊的廣州華潤熱電廠，攝影師@陳

而在中國這個“煤炭大國”

火力發電是注定的。

將成為燃煤電廠的天下。

其裝機容量在所有火力發電廠中

差不多占了90%。

中國有5800多個大大小小的煤礦。

原煤年產量約為36.8億噸

一半以上的產量

會被運到這些發電廠焚燒。

以上數據來源為中電《2018-2019年度全國電力供需形勢分析預測報告》；下圖為安徽宿州匯源電廠，右下角是電廠儲存的煤炭。攝影師@尚穎

這意味著

火力發電布局

它與煤炭生產方式密切相關。

在煤炭資源相對豐富的北方地區

火電裝機容量占70%以上

是電力的主要來源。

以上“北方地區”包括東北、西北(青海省除外)、華北，以及山東、河南兩省；下圖為2018年中國各地區發電類型及裝機占比。制圖@鄭博榮龔/行星研究所

然而，“出乎意料”的是

山東、江蘇、內蒙古、廣東、河南

山西、浙江、安徽、新疆、河北

火電裝機容量排名前十名以上

許多南方沿海省份也赫然在列。

甚至遠超很多煤炭大省。

這些“特殊”區域

往往人口密集，經濟發達。

對電力的需求特別強烈。

2018年全國各省市自治區用電量對比，制圖@鄭博榮/行星研究所

在迫切的用電需求下

許多火力發電廠如雨后春筍般出現。

比如僅在廣東省。

2017年火力發電

已經達到3165億千瓦時。

比產煤大省山西高26%。

來產生如此巨大的電力

發電用煤按1億噸計算。

然而

像廣東這樣的電力負荷中心

大部分都不是產煤區。

最近的煤炭基地

可能相隔千里。

這么大量的煤應該從哪里來？

我國使用的煤炭包括自產煤和進口煤兩部分，但目前煤炭進口量僅為全國煤炭消費量的1/10左右。因此，下面主要討論自產煤的供應。下圖為廣東省廣州市荔灣熱電廠。攝影師@劉文玉

來回答這個問題

讓我們把注意力轉向

河北大同和秦皇島之間

Ther

相當于10-20趟高鐵。

煤炭運到秦皇島港后

它可以通過海運以較低的成本運輸。

到東部和東南沿海地區。

河運成本約為鐵路運輸的30-60%，海運更便宜；下圖是大秦鐵路。注意火車的長度。攝影師@姚錦輝(請橫著看)

2008春節

雨雪冰凍肆虐南方。

大量輸電和運輸線路受損。

近17個省份被迫斷電。

正是在這一時期。

大秦鐵路日運量首次突破100萬噸。

持續了20天。

大量的煤燃料被源源不斷地送往南方。

可謂是真正的“雪中送炭”。

秦皇島港堆積的煤炭，圖片來源@VCG

而大秦鐵路只是

中國煤炭運輸鐵路網的冰山一角

預計到2019年10月

又完成了一條重載線路大秦鐵路。

內蒙古、山西、陜西等地的煤炭

從這里，它將到達中國中部。

這條鐵路橫跨七個省。

一次建成里程超過1800公里。

成為世界上最好的。

隴海鐵路鄭州段旁的熱電廠，攝影師@焦小祥

屆時

以幾條關鍵線路為核心。

山西、陜西、內蒙古、新疆

以及沿海和沿河的六個地區。

用縱橫交錯的鐵路把它們連接在一起。

這個龐大的交通網絡

就像鋼鐵動脈。

將全國75%的煤炭送往四面八方。

其他煤炭運輸方式有公路運輸、海運等。目前我國煤炭運輸通道網絡是“九縱六橫”。下圖顯示了一些關鍵路線。制圖@鄭博榮龔/行星研究所

然而，

隨著電力需求的快速增長

浩浩蕩蕩的“西煤東運”和“北煤南運”

這仍然不是一勞永逸的解決辦法。

主電力負荷中心周圍

多為中小型火電廠。

這些電廠建設成本低，建設速度快。

但是當生產相同數量的電力時

耗煤量比大型電廠高30-50%。

位于市區的Xi安灞橋熱電廠，目前總裝機容量24.9萬千瓦。攝影師@李順武

不僅如此

在技術和經濟還不發達的時代

這些中小型火力發電廠產生的煙塵

二氧化硫和氮氧化物等空氣污染物

很難得到統一有效的治療。

所以從20世紀60年代開始，

靠近煤礦口和中轉港

很多大型火力發電廠開始崛起。

山西古交電廠，靠近煤礦口，又名坑口電站，攝影師@陳鍵鋒

浙江臺州第二發電廠，靠近港口，又稱港口電站，攝影師@王開民

比如內蒙古呼和浩特蒙華鐵路。

距準格爾大型煤田僅50公里。

裝機容量達到672萬千瓦。

燃煤電廠世界排名第一。

大型礦井和港口電廠的建設

可以大大減輕煤炭運輸的壓力。

提高燃煤效率，統一控制排放。

但是在發電廠和負荷中心之間

有時相隔幾千千米。

如何解決這個問題？

答案其實很簡單。

是托克托電廠。

但是實現起來并不容易。

畢竟在這么長的傳輸距離上

線路的阻抗不能再被忽略。

人們只能設法降低傳輸電流。

以便最小化線路損耗。

這意味著

在一定的傳輸功率下

同時確保經濟

必須盡可能為輸電

傳輸中的損耗Q可通過公式Q=IRT計算。當電阻R不可忽略時，電流I越小，損耗越小；傳輸功率的公式為P=IU，所以額定功率P時，為了降低電流I，必須提高電壓U；下圖為康定云海大山里的線路塔。攝影師@恒力

: 1954

中國自己設計建造了第一個。

20千伏高壓輸電線路

傳輸距離369公里。

但比世界落后30年左右。

65年過去了。

從高壓到超高壓

從超高壓到超高壓

長距離傳輸技術突飛猛進

交流輸電，35-220千伏為高壓，330-1000千伏為特高壓，1000千伏及以上為特高壓；DC輸電，400-660千伏為特高壓，800千伏及以上為特高壓。下圖是酒泉到湖南的800千伏高壓直流輸電線路。攝影師@劉

鐵路和輸電網縱橫交錯。

是否位于負載中心

它也是一個位于礦口和港口的熱電廠。

可以一起工作

成為中國電力行業的中流砥柱。

然而

雖然火力發電廠

除塵、脫硫、脫硝技術日趨成熟。

但是化石燃料的消耗，溫室氣體的排放

人們不得不繼續尋找更清潔的電力。

提升輸電電壓就是其中之一。

水電

II

在中國

不管水資源總量有多少

還是可開發裝機容量？

在世界上排名第一。

如此豐富的水資源

如此巨大的發展潛力

水電注定在中國。

會有至關重要的地位。

其發電量占17.6%。

與火力發電一起

為全國供電0.10-5.9萬元。

2018年中國水電發電量占比，制圖@鄭伯榮/行星研究所

當前位置水力發電利用流水勢能

不斷驅動渦輪旋轉。

從而驅動發電機發電。

整個過程沒有燃料，沒有廢氣排放。

比火力發電更清潔。

白鶴灘水電站在建的水輪機室(也叫“蝸殼”)是用來將水流沿周向引向水輪機的。攝影師@李亞龍

: 2018

全國水力發電量達到12329億千瓦時。

相當于節約了近4億噸煤炭。

此外，經過水電站的合理選址和設計

也可用于防洪、航運和供水。

長江三峽工程五級船閘，水位落差113米，相當于35層樓的高度。攝影師@李新寬

以及調水、排沙等功能。

黃河小浪底水電站，攝影師@鄧

或上游庫區。

形成一道獨特的風景。

新安江水庫，千島湖，圖片來源@VCG(請橫向查看)

但是，

中國的水資源分布也極不均衡。

其中，西南地區的山谷較多。

大河穿過它，奔流而下。

幾乎超過全國的60%

可開發的水力資源

金沙江、怒江和瀾滄江

大渡河、烏江和雅礱江

加上南盤江和紅水河

和長江上游。

中國十三大水電基地中

西南地區有8個專屬席位。

長江上游水電基地是指長江宜賓-宜昌段；中國大型水電站分布圖(裝機容量120萬千瓦以上)，制圖@鄭伯榮龔/行星研究院

不同于火力發電

水電的“原材料”運不出去。

因此，向負載中心供電

除了依靠輸電工程，別無選擇。

這意味著

水力發電的興起和繁榮

會伴隨88%。

中國第一條萬伏交流輸電線路

第一條110和220千伏高壓交流線路

第一條330千伏UHV交流線路

和第一條高壓直流輸電線路。

這就產生了。

甘肅省劉家峽水電站，圖片來源@丮丮丮丮丮

:1988年底

著名的88%完成了。

它是長江上的第一座水電站。

人們稱它為“長江第一壩”。

用它來建造。

這是中國第一個超高壓DC輸電工程。

電壓等級達到遠距離輸電技術。

傳輸距離為葛洲壩水電站

將華中和華東電網連成一體

讓州壩水電站的電力

可以源源不斷的送到上海。

葛洲壩水電站和湖北省宜昌市，攝影師@李力(請橫著看)

世界上最大的500千伏

裝機容量2250萬千瓦。

相當于八個葛洲壩水電站。

以及內蒙古的三個托克托熱電廠。

1046千米

三峽水電站2018年全年發電量

首次突破1000億千瓦時。

相等的

三峽水電站800千伏高壓直流輸電工程

正式登上歷史舞臺

其傳輸距離為（世界第一大燃煤電廠）。

電可以從云南一直送到廣東

曾經落后世界幾十年的中國。

從那時起，和全世界一起

進入了500千伏時代。

云南小灣水電站美麗的拱壩，攝影師@熊發壽

從那時起

水電的輻射空間大大增加。

中國西南地區涌現出許多大型水電站。

向遠東和東南部輸送動力。

在建的白鶴灘水電站預計2022年完工。建成后將是世界第三大水電站，裝機容量僅次于三峽。攝影師@柴俊峰

位于金沙江下游全球首個。

通過高達1438千米

800 kV DC UHV輸電線路

全程跨越8個省、直轄市。

每年有近300億千瓦時的電力輸送到上海。

相當于上海2018年用電量的20%。

以上數據為粗略計算，未考慮傳輸損耗等因素；下圖為向家壩水電站。攝影師@柴俊峰(請橫著看)

也位于金沙江特高壓直流輸電。

看起來更宏偉。

其拱壩高285.5米。

相當于90多層的摩天大樓。

裝機容量1386萬千瓦。

它是目前世界上第三大水電站。

溪洛渡-浙西800kV輸電線路

傳輸容量為向家壩水電站

被列入世界上最大容量的DC輸電工程名單

金沙江溪洛渡水電站，攝影師@柴俊峰

位于四川雅礱江1907千米。

那里有世界上最高的拱壩。

高達305米

它向江蘇南部輸電。

800千伏DC輸電工程

傳輸距離首次突破溪洛渡水電站大關。

迄今

長江中上游和黃河上游的水電

以及許多煤炭基地周圍的火力發電。

都可以通過綿延數千里的輸電工程。

匯聚到東部地區

800萬千瓦

本世紀工程的格局就這樣形成了。

“西電東送”格局，制圖@鄭伯榮龔/星球研究院

:當然可以

水力資源的開發不是無限的。

錦屏一級水電站

2000千米

一直是水力發電不可回避的話題。

因此，水電站的建設往往需要

經過極其嚴格的評估和論證。

人們也需要尋找更多的清潔能源。

最重要的是“西電東送”和上游的淹沒、大量的移民。

以及對河流生態的影響

風能

火力發電和水力發電

為全國人民貢獻了88%的電力。

隨著風能和太陽能的輸出

可以滿足光能中國人的用電需求。

2018年中國風光發電占比，制圖@鄭博榮/行星研究所

但是利用風和光并不容易。

在風力發電中

氣流推動風扇葉片不斷旋轉。

可以帶動發電機發電。

河北張家口風電場的范，攝影師@劉

風扇葉片的尺寸和重量都很大。

單葉長度可達數十米。

這對運輸和安裝是一個巨大的挑戰。

運輸中的風扇葉片，攝影師@李璇

以及在太陽能光伏發電中

單個太陽能電池的工作電壓

一般只有0.4-0.5伏。

工作電流也很弱。

只有不斷地將它們串聯和并聯。

將多個電池組裝成組件。

多個組件排列在一個陣列中。

以便實現足夠的發電。

福建松溪光伏發電，遠處攝影師@艾倫(請橫著看)

太陽能熱發電也是一樣。

只使用足夠的鏡子。

來收集足夠的熱量。

從而產生足夠的蒸汽。

推動汽輪機不斷旋轉。

光伏發電和光熱發電是太陽能發電的兩種主要形式；下圖是敦煌的光熱發電站，中間塔頂用來吸收太陽能，也叫塔式光熱發電站。攝影師@孫志軍

總而言之

無論是贏

時間、氣候等的影響。

甚至在短短的一天里，晝夜交替，風云變幻。

會改變發電的連續性和穩定性。

因此，為了減少對電網的影響

人們開始混合風、光、水、火

各種發電方式組合在一起，相互調節。

從而獲得相對穩定的動力輸出。

風光互補系統，位于內蒙古卓資縣，攝影師@焦小祥

0或負載較小時

轉換和儲存多余的電力。

等電緊張了再放。

以便維持穩定的電力供應。

目前的儲能方式有電池、飛輪儲能、抽水儲能、電解水儲能和壓縮空氣儲能等。對于抽水蓄能電站來說，當電力過剩時，可以將水從較低的水庫抽到較高的較高的水庫。用電時，水從上水庫流到下水庫，利用水力發電原理發電。下圖為天荒坪抽水蓄能電站，左為上水庫，右為下水庫。攝影師@潘曹金

第三個方面

類似于水力資源

中國的風能和太陽能資源

分布也極不均勻。

其中，風能資源最豐富的是

以及東部和東南沿海地區。

全國風速超過7米/秒的地區

大部分都集中在這里。

江蘇大豐海上風機，攝影師@朱金華

但是由于地形限制

這個地區只在海岸線和沿海的山脈之間

形成一個極窄的帶。

相比之下

在中國的三北地區

風能資源不僅豐富

而且可以大面積分布。

三北地區是西北、北方、東北地區。下圖為中國風能資源分布情況。制圖@鄭博榮龔/行星研究所

內蒙古因此成為

中國最重要的風力發電基地之一

其風力發電量在2017年達到551億千瓦時。

相當于中國風力發電的近20%。

內蒙古輝騰喜樂風電場，注意風機和高壓電塔的高度，攝影師@石

和中國太陽能資源

在西部內陸地區最為豐富。

包括青藏高原西部和新疆南部。

寧夏和甘肅北部等地。

這些地區的年日照時間

長達3200-3300小時。

相比之下，太陽輻射最弱

以及四川和貴州省。

年平均日照時間只有1100小時左右。

中國太陽能資源分布，制圖@鄭伯榮龔/行星研究所

這表明

中國西部和西北部

不僅風光資源豐富

同時，人口稀少，土地遼闊。

隨著技術的進步和成本的降低

風力發電和太陽能發電的規模越來越大。

甘肅金昌大型太陽能電場，攝影師@劉(請橫看)

然而這些地區人口較少。

電力需求相對平穩。

例如，在2015年

甘肅省發電裝機容量達到4531萬千瓦。

但最大電力負荷只有1300萬千瓦。

新疆也是如此。

裝機容量超過5000萬千瓦。

而對電力負荷的需求只有2100萬千瓦。

這意味著

如果僅僅依靠當地的用電量

將面臨大量的能源浪費。

更何況火電的調峰供熱功能。

無論如何，它很難被完全取代。

對于風能和太陽能的消耗

可謂“雪上加霜”

新疆哈密天山腳下的風電場，攝影師@昌黎

所以近年來

“棄風”“棄光”等問題層出不窮。

即使到2017年。

總體情況明顯好轉。

中國的風和光廢棄率仍然是12%和6%。

在甘肅、新疆等地

廢棄率甚至高達33%和29%。

一方面是西北。

大量新能源無處可放。

一邊是東部沿海。

需要輸送大量的電力。

在這種情況下

長距離跨區域輸電工程

我們必須再次肩負起重任。

UHV傳輸

全程2383公里。

在其年度交付中

大約400億千瓦時的電力

其中40%以上來自西北地區的風電和光伏發電。

酒泉-湖南800千伏直流輸電工程，攝影師@陳鍵鋒

和2018年

另一個著名的UHV項目正式完成。

其電壓等級高達1100千伏。

年輸電能力660億千瓦時。

這相當于一條傳輸線。

青海省全年發電量可以外送。

這是III 。

95.7%

準東-渭南1100千伏輸變電工程，攝影師@宋

線路從新疆昌吉自治州出發。

途經新疆、甘肅、寧夏、

陜西、河南和安徽省

擁有6079座塔樓

支持95.7%傳輸線

穿越秦嶺和長江護城河一個又一個。

終于到了安徽宣城。

不考慮電壓水平、傳輸容量

還是傳輸距離和技術難度。

它們是全世界的“創舉”。

這是名副其實的“超級工程”

在這條超級電力走廊旁邊

新疆520萬千瓦中的0.10-5.9萬

以及250萬千瓦的新疆哈密。

可以捆綁發送到長三角地區。

正在建設的準東-渭南1100千伏輸電工程，攝影師@宋攝

至今

甘肅酒泉

湖

這也是在UHV傳輸領域。

國際標準制定者之一

這是給中國的。

雖然這是時代發展的必然之路

也是當前能源格局下的“無奈之舉”。

讓更多的人用上更便宜更清潔的電。

是無數電力工作者為之奮斗的目標。

“空中飛人”，拍攝于北京大興國際機場500千伏輸電工程施工現場，攝影師@周志林

南湘潭

準東-皖南特高壓輸電工

四種方式：風、光、水和火

它生產了全國95.7%的電力。

程的最后一棒

屬于（也稱昌吉-古泉特高壓工程）。

2018年中國核電發電量占比，制圖@鄭博榮/行星研究所

類似于火力發電

核燃料可以運輸。

能量輸出也比較穩定。

基本不受氣候和時間的影響。

但是不同于火力發電，

裝機容量為100萬千瓦的核電站

每年只需要25-30噸核燃料。

同容量火電廠耗煤量的3324千米。

商業核電站都是裂變反應，燃料是鈾核燃料。下圖為浙江臺州三門核電站。攝影師@李亮節

這意味著

核電的燃料運輸成本將大大降低。

因此，中國目前在建的核電站

都遠離原料產地。

位于電力負荷中心附近。

即東部和東南沿海地區。

中國核電站分布圖，制圖@鄭伯榮龔/行星研究所

中國核電起步較晚。

直到1991年。

浙江省秦山核電站開始發電。

直到那時，我們才有了自己設計和建造的第一座核電站。

當世界上其他國家

已有420多臺核電機組投入運行。

提供了全球16%的電力。

在接下來的近30年里

在引進國外先進技術的基礎上

中國的核電技術正逐漸走向獨立。

2018年并網的廣東臺山核電站

這是中國首次引進第三代核能系統。

也是世界首創。

具備商用條件的第三代核電站

臺山核電站，圖片來源@Esri影像圖

到2018年底

中國核電裝機容量達到4466萬千瓦。

預計到2020年

中國核電裝機容量將達到5800萬千瓦。

它將取代每年燃燒的1.74億噸煤。

減少二氧化碳排放約4.3億噸。

然而

核電技術很復雜。

安全標準也極其嚴格。

所以核電站的建設成本很高。

單位成本可高達火電的數倍。

結合歷史上核電站事故的影響

核電一度在爭議中艱難發展。

但是隨著技術的進步和社會認知的深入

甚至是

不僅如此

到2018年底

中國有220千伏以上的輸電線路。

總計733393公里。

能完整繞赤道風電圈

新疆伊犁-庫車750千伏交流輸電工程，攝影師@宋(請橫看)

包括21條UHV傳輸線

東西南北交織在一起。

堪稱中國又一工程奇跡。

中國UHV傳輸網，制圖@鄭博榮龔/行星研究所

華北和華東除外

全國所有地區都實現了跨地區供電。

輸電線路穿越高山峽谷。

跨越天山的高壓輸電塔，攝影師@劉晨

穿越江河湖海

深圳西灣紅樹林海上輸電塔，攝影師@董立春

字體即使是世界上寒冷的屋脊

也可以和全國各地融合。

預計到2020年

全國將有近31%的用電負荷。

在這張大網里東西南北跑。

拉薩附近輸電工程，攝影師@恒力

雖然到2015年底

中國終于實現了普遍電氣化。

>

人均用電量與世界各國相比

也僅居第63位

未來的路依然十分漫長

▼川藏聯網工程施工現場，攝影師@李維

但是

每當夏天人們打開空調電扇

每當城市在黑夜中燈火通明

我便不由得想起

千里之外發電機隆隆的轟鳴

因為

那就是這個跑步進入現代化的國家中

最波瀾壯闊的聲音

▼2018年4月28日，國家電網日照供電公司工人架設叩官鎮至兩城高鐵預留站高壓線路，確保兩城高鐵站投入使用后的電力供應。