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截至年底

当全世界发电量增速仅为%时

中国却以%的迅猛增速领跑全球

全年发电量达到亿千瓦时

几乎是以“一己之力”

生产了全球超过1/4的电量

平均每2秒产生的电力

就足以满足一个中国人

一辈子的电力需求

▼上文中国人的平均寿命按岁计，人均用电量参考年数据；下图为年世界各国发电量TOP10，制图@郑伯容/星球研究所

不仅如此

放眼全球个国家和地区

中国还是第一个

也是唯一的一个

拥有近亿的超庞大人口

却依然能做到全民通电的国家

▼上海夜晚卫星图，灯火通明的城市，图片来源@NASA

中国，究竟是如何做到的？

I

%

年中国人使用的所有电力中

%来自于火力发电

可谓是全国电力的大半壁江山

▼年中国火力发电量占比，制图@郑伯容/星球研究所

高耸的烟囱或宏伟的冷水塔

是火力发电厂最常见的特征

▼随着处理工艺的进步，火电厂的烟囱逐渐与脱硫塔合并；下图为雾气中的冷水塔，电厂中被加热的冷却水在冷水塔中冷却后循环使用，摄影师@孟祥和（请横屏观看）

煤炭、石油、天然气

甚至秸秆、垃圾等等

都是可用于火力发电的燃料

由于燃料易得、技术成熟

火电厂的分布极为广泛

在大江南北遍地开花

▼内蒙古霍林郭勒锦联电厂，摄影师@鹿钦平

▼临水而建的广州市华润热电厂，摄影师@陈国亨

而在中国这个“煤炭大国”

火力发电则又命中注定

将成为燃煤电厂的天下

其装机容量在所有火电厂中

占比几乎接近%

全国多处大小煤矿

年产约亿吨原煤中

超过一半的产量

都将运往这些电厂熊熊燃烧

▼以上数据来源中电联《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发电厂，右下角为电厂储备的煤炭，摄影师@尚影

这就意味着

火力发电的版图

必然与煤炭生产的格局息息相关

在煤炭资源相对丰富的北方地区

火电装机容量占比超过%

是最主要的电力来源

▼以上“北方地区”包括东北、西北(除青海省外)和华北地区，以及山东和河南两省；下图为年全国各地区发电类型及装机容量占比，制图@郑伯容&巩向杰/星球研究所

然而“出人意料”的是

山东、江苏、内蒙、广东、河南

山西、浙江、安徽、新疆、河北

以上火电装机容量排名的前十位中

多个南方沿海省份同样赫然在列

甚至远超诸多煤炭大省

这些“特殊”的地区

往往人口密集、经济发达

对电力的需求格外旺盛和强烈

▼年全国各省、直辖市和自治区用电量对比，制图@郑伯容/星球研究所

在迫切的用电需求下

众多火电厂拔地而起

例如仅在广东一省

年的火力发电量

已达到亿千瓦时

比产煤大省山西还要高出%

而要产生如此量级的电力

用于发电的煤炭将以亿吨计算

然而

像广东这样的电力负荷中心

大多并非煤炭产区

距离最近的煤炭基地

也可能相隔千里之遥

如此大量的煤炭该从何而来？

▼我国使用的煤炭包括自产和进口两部分，但煤炭进口量目前仅为全国煤炭消费量的约1/，因此下文主要讨论自产煤炭的供应。下图为广东省广州市荔湾火电厂，摄影师@刘文昱

要回答这个问题

不如先将目光转移到

山西大同与河北秦皇岛之间

这里连接着一条声名赫赫的铁路

它以不到全国铁路%的营业里程

完成了全铁路近%的煤炭运量

相当于每秒就有吨煤炭

搭载着钢铁轮轨呼啸东去

奔向千里之外的渤海之滨

这就是大秦铁路

这是中国第一条重载铁路

单列列车全长近米

相当于列高铁列车相连

煤炭运至秦皇岛港后

便可通过成本更低的海运

运至东部和东南沿海地区

▼河运运输费用大约为铁路运输的%，海运则更便宜；下图为大秦铁路，注意列车的长度，摄影师@姚金辉（请横屏观看）

年春节期间

南方地区雨雪冰冻肆虐

大量输电、运输线路受损

近个省被迫拉闸限电

而就是在这个时期

大秦铁路单日运量首次突破万吨

并持续了整整天

大量煤炭燃料源源不断地送往南方

可谓是真正的“雪中送炭”

▼秦皇岛港口堆放的煤炭，图片来源@VCG

而大秦铁路也仅仅是

中国煤运铁路网络的冰山一角

预计到年月

又一条重载线路蒙华铁路建成

内蒙古、山西、陕西等地的煤炭

将由此直抵华中地区

这条铁路全程跨越7个省份

一次建成里程超过0余千米

堪称世界之最

▼陇海铁路郑州段旁的火电厂，摄影师@焦潇翔

届时

以多条重点线路为核心

山西、陕西、内蒙古、新疆

以及沿海、沿江等六大区域

将通过纵横交错的铁路连成一片

而这个庞大的运输网络

如同一条条钢铁动脉

将全国%的煤炭送往四面八方

▼其他煤炭运输方式包括公路运输、航运等，目前中国煤运通道网络共“九纵六横”，下图为其中部分重点线路，制图@郑伯容&巩向杰/星球研究所

然而

随着用电需求高速增长

浩浩荡荡的“西煤东运”“北煤南运”

仍然不是一劳永逸的办法

在主要的电力负荷中心周边

往往以中小型火电厂居多

这些电厂建设成本低、建站速度快

但在生产等量电力时

耗煤量却比大型电厂高出%

▼位于城市中的西安灞桥热电厂，目前总装机容量万千瓦，摄影师@李顺武

不但如此

在技术和经济尚不发达的年代

这些中小型火电厂产生的烟尘

二氧化硫、氮氧化物等空气污染物

也难以得到统一和高效的处理

于是自世纪年代起

在煤炭矿口、中转港口附近

众多大型火电厂开始崛起

▼山西古交发电厂，邻近煤炭矿口，也称坑口电站，摄影师@陈剑峰

▼浙江台州第二发电厂，邻近港口，也称港口电站，摄影师@汪开敏

例如位于内蒙古呼和浩特的托克托电厂

距离准格尔大型煤田仅50km

装机容量达到万千瓦

位列世界燃煤电厂第一位

大型坑口、港口电厂的建设

能大大减轻煤炭运输的压力

提升燃煤效率、统一控制排放

但是电厂与负荷中心之间

有时相隔达到数千千米

这又该如何解决？

答案其实很简单

就是输电

但要实现起来却并非易事

毕竟在如此遥远的输电距离下

线路的阻抗已然无法忽略

人们只能尽量降低传输电流

才能最大程度地减少线路损耗

这就意味着

传输功率一定的情况下

在保证经济性的同时

必须尽可能提升输电电压

▼传输中的损耗Q可以通过公式Q=I^2Rt计算，当电阻R无法忽略时，电流I越小，则损耗越小；而输电功率计算公式为P=I×U，因此当功率P额定时，为了降低电流I，则必须提升电压U；下图为康定折多山云海中的线塔，摄影师@李珩

年时

我国自行设计施工了第一条

千伏的高压输电线路

传输距离千米

但已落后世界大概年

年过去

从高压到超高压

从超高压到特高压

远距离输电技术突飞猛进

目前最高电压等级已达到

交流千伏和直流±千伏

单条线路的输电距离

更是突破千米

相当于乌鲁木齐到南京的直线距离

在全世界首屈一指

▼对于交流输电，千伏称高压，千伏为超高压，千伏及以上为特高压；对于直流输电，±-±千伏为超高压，±千伏及以上则为特高压。下图后方为酒泉至湖南±千伏特高压直流输电线路，摄影师@刘忠文

铁路和输电两张网络纵横交错

让无论是位于负荷中心

还是地处矿口、港口的火电厂

都能共同发力

成为我国电力工业的中流砥柱

然而

尽管火力发电厂的

除尘、脱硫、脱硝技术日益成熟

但化石燃料的消耗、温室气体的排放

让人们不得不继续寻找更为清洁的电力

水电便是其中之一

II

%

在中国

无论是水力资源的蕴藏总量

还是可开发的装机容量

均稳居世界第一位

如此丰富的水能资源

如此巨大的开发潜力

注定水力发电在我国

将拥有至关重要的地位

其发电量占比达到%

与火力发电一起

供给了全国%的电力

▼年中国水力发电量占比，制图@郑伯容/星球研究所

水力发电利用流水势能

持续推动水轮机旋转

继而带动发电机产生电力

全程既不需燃料、也无废气排放

相比火力发电更加清洁

▼白鹤滩水电站正在修建的水轮机室(也称“蜗壳”)，用于将水流沿圆周方向导向轮机，摄影师@李亚隆

年

全国水力发电量达亿千瓦时

相当于节约煤炭近4亿吨

此外，水电站经过合理的选址和设计后

还可兼具防洪、航运、供水

▼长江三峡水利枢纽工程中的五级船闸，上下水位落差可达米，相当于层楼的高度，摄影师@李心宽

以及调水、排沙等功能

▼黄河小浪底水电站，摄影师@邓国晖

又或者在上游库区

形成别具一格的风貌景观

▼新安江水库，千岛湖，图片来源@VCG（请横屏观看）

然而

我国的水力资源分布同样极不均衡

其中西南地区高山峡谷众多

大江大河穿流其间、奔腾而下

几乎集中了全国超过%的

可开发水力资源

金沙江、怒江、澜沧江

大渡河、乌江、雅砻江

再加上南盘江和红水河

以及长江上游等

全国十三大水电基地中

西南地区独占8席

▼长江上游水电基地指长江宜宾到宜昌段；中国大型水电站分布(装机容量大于万千瓦)，制图@郑伯容&巩向杰/星球研究所

和火力发电不同

水电的“原料”无法进行运输

因此若要将电力送往负荷中心

除了依靠输电工程外别无他法

这就意味着

水力发电的崛起和繁荣

必将与远距离输电技术相伴相生

我国第一条万伏级交流输电线路

第一条和千伏高压交流线路

第一条千伏超高压交流线路

以及第一条高压直流输电线路

就此应运而生

▼甘肃省刘家峡水电站，图片来源@图虫创意

8年底

著名的葛洲坝水电站落成

它是长江上第一座水电站

人称“万里长江第一坝”

而与之配套建成的

便是我国首个超高压直流输电工程

其电压等级达到±千伏

以千米的输电距离

将华中和华东电网连为一体

让葛洲坝水电站的电力

得以源源不断地送往上海

▼葛洲坝水电站和湖北宜昌市市区，摄影师@李理（请横屏观看）

世界上规模最大的三峡水电站

装机容量达万千瓦

相当于8个葛洲坝水电站

以及3个内蒙古托克托火电厂

（世界第一大燃煤电厂）

年三峡水电站的全年发电量

更是首次突破亿千瓦时

相当于湖北省全省发电量的%

创全球水力发电量新高

千里之外的江苏、广东和上海三地

则通过三条±千伏的直流输电工程

与这个“超级发电机”紧密相连

▼三峡水电站泄洪，摄影师@黄正平

而随着云南小湾水电站开始发电

全球首个±千伏特高压直流输电工程

正式登上历史舞台

其输电距离达8千米

可将电力从云南一路送至广东

曾经落后世界数十年的中国

自此便和全世界一起

迈入了特高压直流输电时代

▼云南小湾水电站优美的拱坝，摄影师@熊发寿

从此之后

水电的辐射空间大幅增长

众多大型水电站在西南地区拔地而起

将滚滚电力送向遥远的东部和东南部

▼正在建设的白鹤滩水电站，预计年完工，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@柴峻峰

位于金沙江下游的向家坝水电站

通过长达千米的

±千伏直流特高压输电线路

全程跨越8个省份、直辖市

每年向上海输电近亿千瓦时

相当于上海年用电量的%

▼以上数据为粗略计算，未考虑传输中的损耗等因素；下图为向家坝水电站，摄影师@柴峻峰（请横屏观看）

同样位于金沙江的溪洛渡水电站

则看起来更加宏伟

其拱坝坝高米

相当于多层的摩天大楼

装机容量达1万千瓦

目前为世界第三大水电站

而溪洛渡-浙西±千伏的输电线路

更以万千瓦的输电容量

跻身全球容量最大的直流输电工程名录

▼金沙江溪洛渡水电站，摄影师@柴峻峰

位于四川雅砻江的锦屏一级水电站

则建有世界最高的拱坝

高度达米

它向苏南地区输电的

±千伏直流输电工程

传输距离首次突破千米大关

至此

长江中上游、黄河上游的水电

以及众多煤炭基地周边的火电

均能够通过绵延千里的输电工程

向东部地区汇聚

“西电东送”

这一世纪工程的格局就此形成

▼“西电东送”格局，制图@郑伯容&巩向杰/星球研究所

当然

水力资源的开发并不是无限的

上游的淹没、大量的移民

以及对河流生态的影响

一直都是水力发电无法回避的话题

因而水电站的建设往往需要

经过极为严格的评估和论证

人们也需要寻找更多的清洁能源

其中最主要的便是风能和光能

III

%

火力和水力两种发电方式

已为全国人民贡献了%的电量

若加上风能和太阳能的出力

便能满足中国人%的用电需求

▼年中国风能和太阳能发电量占比，制图@郑伯容/星球研究所

但风和光的利用却并不容易

在风力发电中

气流推动风机叶片持续旋转

便能带动发电机产生电力

▼河北省张家口风电场的风机，摄影师@刘高攀

风机叶片的尺寸和重量十分巨大

单叶长度可达数十米以上

对运输和安装都是巨大的挑战

▼运输中的风机叶片，摄影师@李旭安

而在太阳能光伏发电中

单个太阳能电池的工作电压

一般仅有伏

工作电流也十分微弱

只有将其不断串联并联

令多个电池拼装成组件

多个组件排列成为阵列

才能达到足够的发电功率

▼福建松溪光伏发电，摄影师@在远方的阿伦（请横屏观看）

太阳能光热发电也同样如此

只有利用足够多的镜面

才能汇聚足够多的热量

从而产生足够多的蒸汽

推动汽轮机持续旋转

▼光伏发电和光热发电是太阳能发电的两种主要形式；下图为位于敦煌的光热发电站，中间的高塔顶部用于吸收太阳能，也称塔式光热电站，摄影师@孙志军

总而言之

无论是风能还是太阳能

若要进行大规模发电

往往需要较大的占地面积

从而带来较高的建造成本

尤其在人口密集土地紧张的东部地区

提高土地利用率更为重要

▼“渔光互补”，在鱼塘上架设光伏发电板，上面发电、下面养鱼，拍摄于浙江省宁海县，摄影师@潘劲草（请横屏观看）

而另一方面

正如水电在丰、枯水期的波动

风能和太阳能同样无法避免

时间、气候等带来的影响

甚至短短一天内的昼夜交替、风云变幻

都会改变发电的连续性和稳定性

因此为了减小对电网的影响

人们开始将风、光、水、火

各种发电方式组合起来、相互调节

从而得到较为稳定的电力输出

▼风光互补系统，位于内蒙古卓资县，摄影师@焦潇翔

又或者在负荷较小时

将多余的电力转化、储存起来

等到用电紧张时再行释放

以便维持稳定的供电

▼目前的蓄能方式包括蓄电池、飞轮蓄能、抽水蓄能、电解水蓄能和压缩空气蓄能等；对于抽水蓄能电站，电力富余时可从下水库抽水至更高的上水库，用电时水再从上水库流至下水库，利用水力发电的原理发电；下图为天荒坪抽水蓄能电站，左上为上水库，右下为下水库，摄影师@潘劲草

第三方面

和水能资源类似

我国的风能和太阳能资源

分布同样极不均衡

其中风能资源最为丰富的是

东部和东南沿海地区

全国风速超过7米/秒的地区

绝大多数都集中于此

▼江苏大丰海上风机，摄影师@朱金华

但由于地形限制

这片区域仅在海岸线和沿岸的山脉间

形成极为狭窄的条带

相较之下

在我国三北地区

风能资源不仅丰富

还能大面积连片分布

▼三北地区即西北、华北、东北地区，下图为中国风能资源分布，制图@郑伯容&巩向杰/星球研究所

内蒙古地区也因此成为

我国最重要的风电基地之一

其年风力发电量达到亿千瓦时

相当于全国风力发电量的近%

▼内蒙古辉腾锡勒风力发电场，注意风机和高压电塔的高度，摄影师@石耀臣

而我国的太阳能资源

则在西部内陆地区最为丰富

包括青藏高原西部、新疆南部

以及宁夏、甘肃北部等

这些地区的全年日照时间

可达小时

相较之下太阳辐射最为薄弱的

四川和贵州等省份

年均日照时间仅有约小时

▼中国太阳能资源分布，制图@郑伯容&巩向杰/星球研究所

由此可见

我国西部和西北地区

不但风、光资源丰富

同时人口稀疏、土地广袤

随着技术进步和成本的降低

风电和太阳能发电的规模也越发庞大

▼位于甘肃金昌的大规模太阳能电场，摄影师@刘忠文（请横屏观看）

然而这些区域人口较少

用电需求也相对平缓

例如年

甘肃省发电装机容量达到万千瓦

但最大用电负荷仅0万千瓦

新疆也同样如此

其装机容量超过万千瓦

而用电负荷需求仅为万千瓦

这就意味着

若仅仅依靠本地用电

将面临大量的能源浪费

更何况火电的调峰和供热作用

无论如何也难以被完全替代

这对于风能和太阳能电力的消纳

可谓是”雪上加霜“

▼新疆哈密天山脚下的风力发电场，摄影师@常力

于是近年来

“弃风”“弃光”等问题层出不穷

甚至到年

整体情况已明显向好时

全国的弃风、弃光率仍为%和6%

而在甘肃、新疆等地

弃风率甚至高达%和%

一面是西北地区

大量的新能源无处安放

一面是东部沿海

大量用电需求嗷嗷待哺

在这种形势下

远距离、跨区域的输电工程

必须再次扛起重任

▼位于新疆的特高压输电线路，摄影师@刘文昱

年和年

两条从西北地区向外辐射的

±千伏直流输电工程相继完工

第一条从新疆哈密出发

途经六个省份到达河南郑州

全程千米

每年可将新疆地区的火电、风电

共计约亿千瓦时的电量

源源不断送往中原大地

▼哈密南-郑州±千伏特高压直流输电工程，是我国首个“疆电外送”特高压工程，摄影师@周修建

第二条则从甘肃酒泉出发

途经5个省份直奔湖南湘潭

全程千米

在其每年送出的

约亿千瓦时的电力中

超过%均来自西北地区的风电和光电

▼酒泉-湖南±千伏特高压直流输电工程，摄影师@陈剑峰

而在年

又一条大名鼎鼎的特高压工程正式贯通

其电压等级高达±千伏

年均输电量达亿千瓦时

相当于凭此一条输电线路

便可外送整个青海省全年的发电量

这便是准东-皖南特高压输电工程

（也称昌吉-古泉特高压工程）

▼准东-皖南±千伏特高压输电工程，摄影师@宋鹏涛

线路从新疆昌吉自治州出发

途经新疆、甘肃、宁夏、

陕西、河南、安徽6省份

以座铁塔

支撑起千米的输电线路

沿途接连跨越秦岭和长江天堑

最终抵达安徽宣城市

无论是电压等级、传输容量

还是传输距离、技术难度

均为世界范围内的“开山之作”

是名副其实的“超级工程”

借由这条超级电力走廊

新疆地区万千瓦的风电

以及万千瓦的光伏发电

能够被打捆送往长三角地区

▼建设中的准东-皖南±千伏特高压输电工程，摄影师@宋鹏涛

截至目前

我国仍是全球唯一能够建设

±千伏特高压直流输电的国家

也是特高压输电领域的

国际标准制定者之一

这对于中国来说

虽是时代发展的必然之路

也是当前能源格局下的“无奈之举”

让更多人用上更便宜、更清洁的电力

是无数电力工作者孜孜以求的目标

▼“空中飞人”，拍摄于北京大兴国际机场千伏输电工程施工现场，摄影师@周治林

IV

%

风、光、水、火四种方式

已生产了全国%的电量

冲击%的最后一棒

则属于核电

▼年中国核能发电量占比，制图@郑伯容/星球研究所

和火力发电类似

核电燃料可以运输

能量产出也较为稳定

基本不受气候、时间的影响

但和火力发电不同的是

装机容量万千瓦的核电厂

每年仅需核燃料吨

为相同容量火电厂耗煤量的十万分之一

▼现商用的核电站均为裂变反应，燃料为铀核燃料，下图为浙江台州市三门核电厂，摄影师@李亮杰

这就意味着

核电的燃料运输成本将大大降低

因此我国目前建设的核电站

均远离原料产地

位于用电负荷中心附近

即东部和东南沿海地区

▼中国核电站分布，制图@郑伯容&巩向杰/星球研究所

中国的核电起步较晚

直到1年

浙江秦山核电站开始发电

才有了第一座自行设计建造的核电站

而当时世界上其他国家

已有余台核电机组投入运行

提供着全球%的电力

随后的近年间

在引进国外先进技术的基础上

中国核电技术逐渐开始自主化

年并网发电的广东台山核电站

是全国首次引进第三代核能系统

也是全球首个

具备商用条件的第三代核电站

▼台山核电站，图片来源@Esri Image Map

截至年底

我国核电装机容量达到万千瓦

而预计到年

全国核电装机容量将达到万千瓦

每年将替代亿吨煤炭燃烧

减排约亿吨二氧化碳

然而

核电技术较为复杂

安全标准也极为严格

因此核电厂的建造成本十分高昂

单位造价可高达火电的数倍

加之历史上核电站意外事故的影响

令核电一度在争议中艰难发展

但随着工艺的进步和社会认知的深入

甚至核聚变技术的突破

核电必将在未来成为更加关键的角色

.

.

.

回首建国前夕

全国发电装机容量仅万千瓦

历经年的筚路蓝缕

才终于突破1亿千瓦大关

而从1亿到2亿千瓦

再从2亿到3亿千瓦

分别只用了8年和5年

到年

中国发电装机容量超越美国

跻身世界第一位

之后更以每年约1亿千瓦的速度

突飞猛进

堪称世界电力史上的奇迹

▼建设中的乌东德水电站，摄影师@李亚隆

不仅如此

截至年底

全国共有千伏以上输电线路

共计千米

足足能绕赤道圈

▼新疆伊犁至库车千伏交流输电工程，摄影师@宋鹏涛（请横屏观看）

其中条特高压输电线路

在东西南北间交织穿梭

堪称中国大地上又一工程奇迹

▼中国特高压输电网络，制图@郑伯容&巩向杰/星球研究所

除华北和华东地区之外

全国各区域间均已实现跨区供电

输电线路翻越高山峡谷

▼跨越天山的高压输电塔，摄影师@刘辰

跨过江河湖海

▼深圳西湾红树林海上输电塔，摄影师@董立春

即便是高寒的世界屋脊

也能与全国各地连为一体

预计到年

全国将有近%的电力负荷

通过这张大网奔向南北东西

▼位于拉萨附近的输电工程，摄影师@李珩

尽管到年底

我国才终于实现全民通电

人均用电量与世界各国相比

也仅居第位

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

▼年4月日，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，摄影师@高兴建

来源：星球研究所（ID：xingqiuyanjiusuo）创作团队：编辑：王昆，图片：任炳旭&刘白，设计：郑伯容，地图：巩向杰，审校：云舞空城。

本期编辑：胡程远、赵雅娇