火力发电
通过燃烧煤炭、液化天然气、石油等化石燃料将水加热成蒸汽,再以蒸汽之力推动涡轮机发电的方式。锅炉燃烧燃料产生高温高压蒸汽,该蒸汽推动涡轮旋转,与之相连的发电机以电磁感应原理产生电力,通过涡轮的蒸汽在冷凝器中重新凝结为水并循环使用。构成要素:锅炉、涡轮机、发电机、冷凝器、冷却塔。优点:发电量调节相对容易,可迅速应对电力需求变化,建设成本相对低廉且技术成熟多年。缺点:排放二氧化碳等温室气体与细颗粒物,化石燃料大多需要依赖进口,资源依赖度较高。
核能发电
利用铀核裂变产生的巨大热量制造蒸汽推动涡轮的方式,除热源不同外,整体流程与火力发电类似。反应堆内铀235原子核与中子碰撞发生连锁核裂变反应并释放巨大热量,该热量加热冷却水产生蒸汽(压水堆情况下,一回路与二回路系统分离设计,以防止放射性物质进入涡轮侧),蒸汽推动涡轮旋转,与之相连的发电机产生电力,通过控制棒在反应堆内的插入与抽出来调节核裂变速度以管理输出功率。构成要素:反应堆、控制棒、蒸汽发生器、涡轮机、发电机、安全壳。优点:用少量燃料即可产生极大电力,发电过程中几乎不排放二氧化碳,不受天气影响可24小时稳定供应大容量电力。缺点:存在放射性废弃物处理问题,一旦发生事故损失规模可能极为庞大,建设周期长、初期建设费用极高。
水力发电
利用高处水体下落之力(位能)直接推动涡轮发电的方式。在水坝或蓄水池中蓄水储存位能,水通过压力管道下落时位能转化为动能,与火力、核能发电不同,不经过蒸汽阶段,而是由高速流动的水直接推动涡轮(水轮机)叶片旋转,与之相连的发电机产生电力。构成要素:水坝、压力管道、水轮机(涡轮)、发电机。优点:无需燃料费用且发电过程中不排放污染物质,可在需要时立即调节出力,因而有利于电力供需调节(如抽水蓄能等)。缺点:适合建坝的地形有限,建设时对周边生态系统与地区社会影响较大,发电量可能因降水量而大幅波动。
太阳能发电
太阳能电池(光伏电池)接收阳光后直接产生电力的方式,无需涡轮或发电机,直接将光能转化为电能。太阳能电池由硅等半导体材料制成,当光(光子)照射时会发生半导体内电子被激发跃出的光电效应,移动的电子流产生直流电(DC),需经逆变器转换为家庭或工厂使用的交流电(AC)。多个太阳能电池组合为组件,多个组件相连即为常见的太阳能板。构成要素:太阳能电池(光伏电池)、太阳能组件(电池板)、逆变器。优点:没有涡轮等旋转部件,噪音小、维护相对简便,可安装于屋顶、闲置土地等各种规模与场所。缺点:夜间或阴天无法发电,出力不稳定,获得相同发电量需要相对较大的用地面积。
风力发电
利用风的动能转动大型叶片(桨叶)以驱动发电机的方式。风吹来时,以类似飞机机翼原理设计的桨叶产生升力并旋转,由于桨叶旋转速度相对较慢,需经增速器(齿轮箱)提升至发电机可高效运转的转速,发电机旋转的同时通过电磁感应产生电力,机舱(内含发电机)会根据风向自动转向以最大限度承接风力。构成要素:桨叶(叶片)、机舱、增速器、发电机、塔架。优点:无需燃料费用且发电过程中不排放污染物质,不仅可建于陆地,也可建于海上,选址相对多样。缺点:风力强弱不恒定,发电量预测较难,存在噪音、景观破坏、鸟类撞击等对周边环境的担忧。
潮汐能发电
利用满潮与干潮时产生的海水高度差(潮差)推动涡轮的方式。在海湾或河口以防潮堤隔断,人工建造蓄水的水库,满潮时海水经水闸流入水库,干潮时则相反流出,此时水流经过设置在水闸处的涡轮使其旋转,与之相连的发电机产生电力(也有满潮与干潮双向均可发电的方式)。构成要素:防潮堤、水闸、涡轮机、发电机。优点:潮差规律,可非常精确地预测发电量,无需燃料费用且发电过程中不排放污染物质。缺点:潮差大、地形条件合适的选址非常有限,建设防潮堤可能对滩涂生态系统造成较大破坏。
地热发电
利用地下深处高温热能产生蒸汽或高温流体以推动涡轮的方式。在火山带等地热活动活跃地区,地下深处炽热岩层或岩浆加热地下水,产生高温高压蒸汽或热水,通过钻孔将这些蒸汽引至地表,蒸汽可直接推动涡轮(干蒸汽式),或以热水加热另一种工作流体来推动涡轮(双循环式),与涡轮相连的发电机产生电力,使用过的水再重新注入地下循环利用。构成要素:钻孔、汽水分离器、涡轮机、发电机、回注井。优点:不受天气或季节影响,可24小时稳定发电,设施建成后燃料费用负担极小。缺点:火山带等地热条件良好的地区有限,前期钻探勘查费用高昂且存在失败风险。
生物质能发电
通过燃烧或发酵木材、农业副产物、畜禽粪便等有机物获取能量以发电的方式。以木质颗粒、农业副产物、畜禽粪便、废木材等有机物(生物质)作为燃料,与火力发电相同,燃烧该燃料将水加热成蒸汽,再以蒸汽推动涡轮。部分方式也会使用发酵有机物产生的沼气(甲烷等)作为燃料。由于燃烧时释放的二氧化碳量与植物生长时吸收的量相当,理论上被评价为接近碳循环,但砍伐、运输过程中的碳排放需另行考虑。构成要素:生物质燃料(木质颗粒等)、锅炉、涡轮机、发电机。优点:可替代化石燃料,同时能部分利用现有火力发电设施,并可将农畜产业副产物或废弃物作为能源再利用。缺点:为获取燃料用木材而进行的砍伐可能引发森林破坏争议,燃烧时可能产生细颗粒物等大气污染物质。
波浪能发电
利用波浪上下运动的动能驱动涡轮或发电机发电的方式。漂浮于海上的浮标或海岸结构物随波浪上下运动而获得动能,该上下运动压缩内部空气或驱动液压装置,被压缩的空气或液压推动涡轮旋转,与之相连的发电机产生电力。构成要素:浮标、液压·气压装置、涡轮机、发电机。优点:相较于风,波浪的可预测性更高,发电量的波动性相对较小,在海岸线较长的地区利用潜力较大。缺点:目前仍处于商业化初期阶段,发电单价偏高,盐分与波浪造成的设备腐蚀及维护负担较大。