“上帝创造的奇迹”
电力是一种二次能源，它必须由其他能源才能转化而来。如用煤的火力和江河的水力等。为什么人们要费这种周折来千方百计得到电呢？
原来电能有着其他能源难以得到的优点。当电这个新生“婴儿”刚刚诞生时，革命导师恩格斯就预见到了它的巨大作用。1783年，他在致伯恩斯坦的信中说，电的利用将为我们开辟一条道路，使一切种类的能——热、机械运动、电、磁、光——互相转化，并把它们在工业中加以利用。他还说，高压输电使工业彻底摆脱了地方条件的界限，最初它只是对城市有利，那末到最后，它将成为消除城乡对立的最强有力的杠杆。
今天我们对这一论断，已经有了真实的体会了：当广大农村也都有了电灯、电话时，农村和城市又有什么差别了呢！
让我们来为电评功摆好吧。除了上面说的，它可以方便地由其他各种能源转化而来以外，还可以方便地转化成其他形式的能。它可以远距离输送，而且转换效率高，召之即到，挥之即去，控制自如。电在人们心目中，不再是没有用处的“婴儿”了，而是一个又听话又有能耐的“干将”了。
我们先来看看电这个魔术师的种种表演。1808年英国科学家戴维在碳棒上通上电，很快碳棒被烧得通红，发起热来。原来，电可以变成热和光。1877年，法国巴黎的一条大街上，点燃起一支支奇怪的路灯，它不是油灯，而是电烛——一种用电使碳棒发光的灯。1880年，美国发明家爱迪生用竹丝烧成碳丝，安到灯泡里，抽出里面的空气，通上电流后，它会发光，这就是世界上第一只实用的白炽灯。这只电灯竟亮了1200个小时。如今，电灯、电炉为我们带来的光和热，成了我们的普遍享受了。
还是那个戴维先生，有一次他将两根电极插在水中，然后在电极上通上电。奇怪，他发现杯子的水慢慢减少了，原来电将水分解了，放出了其中的氢气和氧气。电流使水起了化学变化。这是电变的另一个魔术：电能变成了化学能。
法国科学家安培在1820年做了一螺旋形线圈，当他在线圈中通上电之后，发现线圈带有磁性。于是，他制造出了电磁铁。从此，人们再也不必费尽心机去寻找天然磁铁了；从此，比天然磁铁磁性强得多的人造磁铁出现了。这里，我们看到了电这个魔术师的另一个表演：电能变成了磁能。
电有了这个本领，就又创造出了许多新的奇迹。美国画家莫尔斯利用电磁原理，发明了电报机。1844年5月24日，他把电报机带到华盛顿的国会大厦表演发报。他的助手在40英里外的巴尔的摩收报。这世界上第一份长途电报打通了。报文是：“上帝创造了何等的奇迹。”其实，这奇迹不是上帝创造的，而是电和磁创造的。1875年6月，从英国移居美国的发明家贝尔，创造了另一个奇迹：造出了世界上第一部电磁式电话。从此，远隔千山万水的人们不光能用电“通信”，而且可以“通话”了。1895年，意大利科学家马可尼让电磁波信号飞越大海，实现了7000米远的无线电通信。与此同时，俄国物理学家波波夫也得到类似的成功。从此，用电磁波信号得到的无线电波开始显示神通。收音机、电视机……开始走进千家万户。
1831年，美国人亨利使通电导线在磁场作用下运动，设计出世界上第一台电动机。接着，里奇造出了可以旋转的电动机。不久，俄国科学家雅科比用电动机推动一只游艇。游艇载着12名乘客，渡过了涅瓦河，引起了轰动。从此，电动机开始在各种机械中得到运用。电力机车、电泵、电力机床、电力起重机……这是电变的另一个魔术：电能变成机械能。有了电动机这个“大力士”，人们从此从手工劳动中得以彻底解放了。
电能的另一个优点是输送方便，这一点是别的能源望尘莫及的。你看，为了送煤，得动用火车、汽车，真是“少、慢、差、费”。运油稍微方便一点，除可以用油罐车运外，还可以用输油管运。但是，建输油管也很麻烦。水力和风力“运”起来就更麻烦了。风力是在一定条件的地方产生的，根本无法运。水力也不是处处都可以用，要“接力”也挺费事。
电力运送则极其简单，只要架起电线就行。电磁波运送更简单，只要有不受屏蔽的空间，它就可以传播。电力和电磁波传播速度也快，比汽车、火车不知快多少倍。我们今天生活在电气化时代，充分享受了电给我带来的益处，难怪恩格斯把它比成是消除城乡差别的杠杆哩。
莫尔斯电报机
新颖高效的磁流体发电技术
火力发电何以造成能量使用效率低呢？最重要的原因是能量转换过程中环节太多，这就必然要消耗许多能量。如能革除这些由热能转换成机械能的中间环节，则至少可以使燃料能量的利用率提高到60％。这对能源使用的意义是何等巨大啊！而磁流体发电方式正是朝着这个方向努力的一种十分有效的尝试。
所谓“磁流体发电技术”，就是用燃料（石油、天然气、燃煤、核能等）直接加热成易于电离的气体，使之在2000℃的高温下电离成导电的离子流，然后让其在磁场中高速流动时，切割磁力线，产生感应电动势，即由热能直接转换成电能。由于不经过机械能转换环节，所以称之为“直接发电”，燃料利用率也就得到提高。这种技术也称为“等离子体发电技术”。
为什么叫“磁流体”呢？这要追溯到160年前，即1831年，英国的著名物理学家法拉第发现的电磁感应现象。人们就是根据这一现象，利用导电固体（金属）在磁场里高速运动产生的电动势，制成了发电机，这就是常规的发电方式。如果通过磁场的导体是气体或液体（叫导电流体），利用这种导电流体和磁场相互作用而发电，就叫做“磁流体发电”了。
经物理化学实验表明，要使普通气体导电，就需要大约7000℃以上的高温才能实现必要的导电率，这样的高温是一般燃烧方式难以达到的。但若在气体中播撒一定数量的“低电离电位物质”，如钾、钠、铯等，在2000℃～3000℃高温下，即可达到磁流体发电所需的导电率。
流体发电装置主要由燃烧室、发电通道和磁体组成。它所应用的导电流体，目前有液态金属和等离子体。“液态金属”是指用导电率比较高的，且在稍高于常温就易于变为液态的金属，如钠（977℃）、钾（636℃）等，这叫“液态金属磁流体发电”。但它们难以高速流动，因此，使用较少。利用高温气化的等离子体发电的，叫“等离子体发电”，是目前使用最多的一种方法。还有一种是利用核反应堆产生的热进行联合循环发电的，叫“核能磁流体发电”目前这种方法尚未进入成熟阶段，但很受重视。
磁流体发电并不是开辟新能源，而是一种新的能源转换方式。它的优点在于：一是热效率高；二是结构紧凑、体积小；三是单机容量大：四是发电启停动作快；五是节省资源且可用高硫煤发电；六是对环境污染较小；七是可以副产氮肥等。由于它发电启停快，很适于满足“尖峰负荷”和军事武器装备方面特殊电源使用。如船舶动力、航空、航天器上用电，特别是用于火箭发动机燃烧室和磁流体发电联合装置，则可获得千瓦级的功率。近年，超导技术飞速发展，有的国家又在研究“超导磁流体发电机”，因其输出功率几乎不受磁场强度的制约，足以提供强大的输出功率，可适于需要小型化、大容量电源系统的武器装备使用。美国海军己研制成功3千瓦超导磁流体发电机样机。
自从1959年美国阿英柯公司试验燃煤磁流体发电技术成功后，世界上磁流体发电的研究，以美、日、前苏联为代表，进展较快。目前已有17个国家在从事这项发电技术的研究开发工作。其中13个国家重点研究燃煤磁流机发电技术。大部分正进入工业性实验电站研究阶段。
日本早在1966年就把磁流体发电技术作为通产省的第1号国家项目，经连续进行10多年的开发研究后，终于在1981年由三菱机电公司完成了“马克-7”型实验装置，用钢铁系磁铁，形成了高达25千高斯的磁场，将煤油变为2900℃的燃气，以每秒1000米的高速流过发电通道，输出功率为100千瓦，连续运行了200小时，但真正达到实用化，需要6万高斯以上的强磁场，最低输出功率为数万千瓦，且要连续工作5000～6000小时。因此，还要进行长期努力才能实现。目前正在研究100万千瓦级燃煤磁流体发电站。
前苏联主要是研究以天然气为燃料的磁流体发电技术，已于1991年首先建成了世界上第一座50万千瓦级的Y-500型磁流体——蒸汽动力联合循环实验电站。1973年前苏联和美国开始联合研究磁流体发电技术，美国制造的磁流体发电通道和46吨重的6万高斯超导磁铁安装在前苏联的装置上进行试验。前苏联自己还计划在新建的梁赞州火电站中，建造一座100万千瓦级燃煤大型磁流体发电——蒸汽涡轮发电机组合电站。这种电站效率可达50％，节约燃料25％～30％，可连续工作1万小时以上。
美国则以燃煤为燃料，正在建造一座30万千瓦级实验型磁流体发电装置。在1990年曾拨出4040万美元作为磁流体发电技术的科研费。美国防部还计划在1992～1997年间研究军用型磁流体发电装置用于空间航行器上，功率10万千瓦，一次运行时间500秒。
中国已把这项技术作为“863计划”重点项目，在1989年还与美国、前苏联两国科技界分别确定联合研究万千瓦级中试电站的技术概念。千千瓦级磁流体发电机组已完成试验任务，最高输出功率2200千瓦。燃煤磁流体发电通道电级试验装置，也已完成试验任务，到1990年已运行540小时。到2000年的目标是建造一座万千瓦级燃煤磁流体——蒸汽联合循环中试电站。
专家们预测，目前磁流体发电在技术上已日趋成熟，随着超导技术的发展，可望将在90年代广泛应用在矿物燃料发电站中，这对整个能源发展，促进经济兴旺，必将产生重大影响。
独出心裁的二元化发电技术
水，常温下不会爆炸、燃烧，但要超过一定温度限度，就会分解出氢和氧气来，这就有产生爆炸的危险。而在火力发电整个过程中，特别是在锅炉中水被加热变为蒸汽时，希望温度越高越好，这样就可以有较高的压力推动涡轮机转动，就是说水的温度与发电效率直接相关。但也正是这个“界面”不易控制而易于造成事故。
怎么办？既要提高效率，又要不冒风险、保安全。科学家们利用具有特殊热物理特性的金属钾来代替水作为热介质，就可以解决上述的矛盾。且可事半功倍，由此开发出一种“二元化发电”的新技术。
所谓“二元化发电”的具体技术过程是，首先把金属钾在锅炉中由液态变为气体，其最高温度可达水蒸气的15倍，再把这种特种气体输入特殊的汽轮机，之后再进入相当于常规火电站复水器的热交换器，完成一次回路，即“一元回路”。这种热交换器金属钾气体又变成液体状态，在这过程中同时实现二次回路蒸汽发生器的功能，最后推动发电机发电。
这套“史无前例”的技术路线实验表明，同常规火力发电相比，二元化发电技术具有三大优点：一是发电效率提高一倍；二是燃料消耗量降低1/4；三是二氧化碳、氧化氮、硫磺、灰粉等有害物质排放量相应减少25％。可见，二元化发电新技术具有巨大的经济效益和社会效益潜力，是具有发展前途的一种先进技术。目前，这种技术仍处于实验阶段，还没有投入实用的先例。
专用“爆炸”的爆发式发电技术
当今世界科技的进步，使许多能量被发掘出来，从而可以将爆炸能量转换成电能。科技专家们研究开发出一种叫做“爆炸式发电”的新型发电技术。
所谓“爆发式发电技术”，就是利用电流在金属筒内的“崩溃”爆炸产生的动能来发电。目前国际上研制中的爆发式发电装置有两种类型，一种叫“聚磁发电机”（MC）；一种叫“电磁流体动力发电机”（MHD）。
“聚磁发电机”一般都由一个特种金属筒和联接电负载的同轴感应线圈组成。引爆前，先由特殊电容器向“MC”系统充电，当电流在回路中达到“顶峰”时，就像汽车发动机火花塞那样，依靠超过一定数值的高压电离空气，而在金属筒内发生强烈爆炸。爆炸产生的能量使金属筒和感应线圈之间产生高浓缩磁场。这样，动能就被转换为电磁能，从而可以发电。这种发电机威力极大，但爆发过程只是一次性“发射”。因此，如何保证连续爆炸，还有待进一步研究，要真正进入实用化，尚需继续钻研。
“电磁流体动力发电机”的发电原理则与“MC”根本不同，它是利用爆炸力使等离子体在磁场中高速运动获得电能。这种发电机一般体积比较小，虽然产生的能量也较小些，但它能够高频率地反复连续爆发，从而能使电流源源不断地产生。
利用爆炸能量进行发电的设想，最早是第二次世界大战结束后美军科学家提出来的。但是，他们并没有从事实际的研究工作，而真正的开创者，是诺贝尔奖金获得者、著名前苏联科学家萨科哈罗夫院士。早在1966年他就设计、实验了聚磁式发电机，并得出试验结果。此后，美国和前苏联之间才正式开始争先恐后地展开了研究开发工作。到1972年，日本也加入了对这一高技术的基础研究行列。
自1985年以来，日本国家工业化学研究室等一些科学机构和工业公司，进一步组织起来联合研究开发这种新式发电技术。他们在研究中发现这种发电很适用于特殊装备上，因而计划把它应用到一种新式火箭发射装置上；并正着手研制一种依靠爆发式发电机提供能源的“电磁加速系统”。据说这个系统将会产生比有370万个大气压的地心压力还要大几倍的推力。1990年以来，日本的研究工作已在几个关键技术上有了新的突破。据专家们预测，这项高技术不久将会转变为又一新型发电技术，使“爆炸”成为人们喜爱而不是惧怕的一种巨大能量。
别开生面的铁电体换能发电技术
又是一种利用爆炸发电的高技术！这种铁电体爆电换能发电技术，与前面谈的磁能爆炸发电不同，它另辟蹊径，别开生面。
所谓“铁电体爆电换能发电”，就是利用铁电体材料的特性，把炸药爆炸的化学能转换成电能。目前使用的“铁电体”是锆钛酸铅陶瓷。这种材料是经过特殊方法冶炼合成的，它有一种独有的特性，就是当把它放在直流电场中被极化之后，当电场撤除而极化并不随之消失，且还能十分稳定地保持其剩余极化性质。利用这种剩余极化的铁电体作为一种能量载体，当它受到炸药爆炸的冲击作用时，炸药的化学能在其内部形成冲击波。在冲击波产生的压力和温度作用下，贮藏于铁电体内部的能量便可以电能的形式在外负载上释放出来。它的能量转换程式可概括为“较小的电能——化学能——很大的电能”。
利用这种程式转换的电能最大特点是功率高，而电源装置重量轻。经实验表明，锆钛酸铅陶瓷材料极化之后，其能量贮存密度一般为每立方厘米十几焦耳，在爆炸冲击波作用下，只要在微秒级的时间内就可完成能量释放。如体积为30立方厘米，功率大于10瓦，总能量可达数百焦耳，而铁电体的重量很轻（为300克），工作介质炸药约40克，电源总重不超过05公斤。
这项技术在我国研究很早，60年代初在著名科学家王淦昌组织推动下，就开始了这项新技术的研究开发。目前，在材料制作工艺和装置工程设计方面，都已达到实用化水平。这种发电方式可用于引爆炸药、产生激光、加速带电粒子等技术过程，为之提供电源，尤其适用于空间、航空、海上，水下等机动装置的电源供应系统。
鲜为人知的余水发电技术
所谓“余水发电”，就是在已按原定设计建成的水电站大坝上再开孔钻洞，利用多余的水资源发电。日本的“一招鲜”，为充分利用水力资源开发水力发电又开辟了一条新路。
日本静冈县天龙川水电站，是在80年代修建的，它的水资源已为装机容量分别为35万千瓦和45万千瓦的两座水电站所利用。经过精确计算，认为尚有余量可以利用。为进一步开发电力，80年代未，日本电源开发公司决定建造一座新的电站。原来的天龙川中游秋叶水坝高为89米，专家们确定在67米高处，挖一个直径65米、长21米的圆洞，从这个新洞泻下的水最大流量每秒可达116立方米，利用这股强大的水流驱动设在20米高处的水轮发电机组，从而新建成了装机容量为47万千瓦的第三座水电站。这就是世界上第一座现代化的余水发电站，按计划于1991年夏季运行发电。
日本为这项工程投资共用去172亿日元，比新建一座常规水电站要节省近一半资金。为开发这项新技术，专家们要攻克许多技术难关。其中最大的一项是在水坝上钻洞，因为这样对水坝强度会有影响，稍有不慎就有使水坝完全崩溃的危险！为此，专家们进行了精确的强度计算，采用了能够最大限度地控制挖掘时产生的冲击和振动的施工方法，有效地解决了这个大难题。
