电能开发和应用技术（电气技术）服务人类生产和生活只有约两百年的历史。在19世纪和20世纪交替的约20年内，电气技术的发展可谓突飞猛进，电气技术的创新层出不穷，各种发电、输电、配电和用电设备在天才的发明家手中不断涌现，电气技术深入到人类改造、征服和利用自然的活动中，在人类经济活动的各个领域发挥日益显著的作用。进入21世纪的几年来，电气技术服务人类发展的能力已远非一百年前可比，就在这时，全球70年来最严重的经济危机让美国、欧盟、日本的实际GDP同比分别下降2.4%、4.1%、5.2%，人类苦心建立起来的庞大电力系统显然有点多余。据BP公司公布的年度能源统计数据，2009年全球的发电量为200936亿度，比2008年下降了0.92%，各类不同的经济体的用电量都出现了历史上少有的下调。在这重要时光，人类再次把眼光投向电气技术，意欲让她承担起带领人类走出经济危机和环境困境的先锋，为此电气技术的创新再次成为人类创新的焦点，以节电、可再生能源发电、智能电网等为代表的电气技术创新成就正在引领人类走向更高的文明境界。

　　电气技术创新应用史话

　　电气技术的创新发展源于电磁学理论的发展。从丹麦物理学家奥斯特1820年发现电流的磁效应，到安培定则、欧姆定律和法拉第的电磁感应定律，电磁学理论羽翼渐丰。1864年，在上述理论和实验基础上，英国物理学家麦克斯韦提出了麦克斯韦方程组，创立了完整的经典电磁学理论体系。随后，德国物理学家赫兹证实了电磁波的存在，进一步完善了电磁学理论，形成了现代电磁学的基本框架。经典电磁学的建立，为人类开发利用电能奠定了坚实的理论基础。

　　电气技术随着电能的应用而日趋成熟，一百多年来电气技术的发展史就是一部探索电能利用形式、最大限度、最经济利用电能的发明史。电能易于转化成机械能、热和光，又是信息的重要载体，并且便于远距离输送和分配。这样的优良特性使得电能由最初用于电照明、电报、电话，扩展到电镀、电动力以至工业生产的各部门，并迅速进入人类经济生活的各个领域。

　　早19世纪上半叶电能用于工业生产之前，作为通讯用的电器设备就已经开始进入试用阶段。在通讯领域，电主要用来传递信号，涉及到的电气设备主要有电池、电线电缆和各种电子器件。1838年，画家出身的莫尔斯发明了电报机，不久，电报取代烽火狼烟成为传递信息的主要手段。约四十年后，美国人贝尔发明了电话，使电讯走向民众。1895年，意大利人马可尼又在有线电话的基础上发明了无线通讯。1906年，加拿大在美工作的物理学家费森登发明了无线电广播，使人们第一次听到用电磁波传来的音乐和新闻，到20世纪30年代初，无线电广播系统已覆盖全球绝大部分地方。1925年英国发明家贝尔德发明了电视机，实现了利用电磁波传递视频信号的梦想。今天世界上有数十亿台电话、电视，通讯技术也从有线发展为无线，从模拟发展为数字，而这些正是根源于人类对电和电磁波的早期探索。

　　人类最早发明的电光源是弧光灯和白炽灯。1807年英国的戴维制成了碳极度弧光灯，1878年，美国的布拉许利用弧光灯在街道和广场照明中取得了成功。1年后，2位美国费城的高级中学教师汤姆生和霍斯顿通过设计弧光灯系统开创了新的电工业。1880年，爱迪生发明了实用白炽灯，揭开了电应用于日常生活的序幕。爱迪生之后，电灯不断改进。1939年管状日光灯问世，很快被广泛采用，成为又一种重要的照明光源。随后电能用于耗电较小的收音机、电视机、洗衣机等家用电器，创造了电能在家庭生活中应用的第一阶段；第二阶段发展到使用耗电较多的电冰箱、厨房用电炉、电热水器和空调设备等；第三阶段发展到电气采暖和家庭生活全面电气化。

　　在电气设备走入千家万户的同时，也走进了各厂矿企业。从19世纪80年代开始，电力驱动逐渐进入交通运输部门。1879年西门子和哈尔斯克在柏林工业博览会上展出了第一条小型电车轨道，到1899、1900、1902年，伦敦、巴黎、柏林先后建成了第一条电气化地下铁道。1912年，瑞士第一批电力牵引火车开始行驶。除城市电车外，1887、1908年首次出现了电动矿用机车和电动运输车。1894年，美国的一家棉花加工厂首先实现了电气化，其供电系统全部用交流电。20世纪初，所有新建工厂都使用电动机为动力。1899年到1909年的这10年时间是实现工业电气化的重大转折点。10年间电动机产量增长了216%，而工业用电动机却猛增了584%。同时，交流电动机成了工业电动机中的主力。1899年仅有1/5的工业电动机是交流机，到1909年交流机已超过了一半。将电能转化为各种机械能的功臣非“电动机”莫属，正因为有了电动机，才使我们的生活发生了翻天覆地的变化。

　　电力不仅作为最主要的动力被广泛运用于加工工业，而且由于电力的应用导致了一系列新的加工工艺的发展，如电镀、电焊、电加工等等，为加工工业增添了许多重要手段。

　　照明技术和动力技术的发展及普及对强大电源提出了新的需求，正是由于电能的广泛应用促进了发电和输变电以及电源技术的发展。从1875年建成第一座发电厂至今只有130多年的历史，从1832年制成第一台发电机至今也仅有170多年。在此期间，电力技术和电力生产取得了历史性的重要成就：发电机组容量和电厂规模从小到大，技术参数和自动化水平不断提高；发电能源由单一进而多样化；输电电压等级不断提高，输电距离不断延长；从弧立供电发展到联合为电网，电网的规模日益扩大。

　　电气技术应用与创新区域大转移

　　电气技术的创新和应用从19世纪末期开始在美国和欧洲等地区进入大规模应用阶段，随后慢慢发展到全球各地。近一个多世纪来，电气技术的应用和创新水平一直是一个国家先进程序的重要标志。1894年，美国借电气技术革命的重大机遇代替英国，成为全球第一大经济体，并在到目前为止的一个多世纪里成为全球电气技术应用的第一大国。而欧洲在至今为止的岁月里一直保持着全球最大的电气技术供应地区，也是全球最领先的电气技术创新地区。

　　在20世纪和21世纪交替的20多年里间里，随着全球经济的重新调整，以金砖四国为代表的发展中国家在全球经济份额中的比重快速上升。她们电气技术应用规模在全球占据了日益重要的地位，同时也成为电气技术创新的重要国度。如中国早在20世纪90年代就成为全球第二大电气技术应用市场，并将在最近几年内成为全球最大的电气技术应用国家。中国在电气技术的创新上也已走在全球的前列，超高压输电技术已位居全球最前列。

　　随着欧洲、美国和日本经济发展的放缓和电气化应用的日趋成熟，对电气新技术的应用规模增长乏力，而以金砖四国为代表的发展中国家经济快速发展对电能的需求快速增加，推动了电气技术的加速应用，而技术的创新是紧跟技术的最新应用市场的，因此这些国家往往成为全球重要的电气技术创新地区。随着经济全球化和一体化的加速，发展中国家市场成为发达国家电气技术供应商在全球的日益重要创新场所。电气技术创新和应用在发达国家和发展中国家的这种转换速度是快速的，这在BP公司的年度能源统计数据里就有很明显的表现。

　　受经济危机的影响，2009年全球的发电量为200936亿度，比2008年下降了0.92%，但这种下降幅度在不同类型的经济体里有严重的分化，发达国家大多出现了较大幅度的下降，而大多数发展中国家仍保持了较快的增长，只是增长速度有较大幅度的下降。

　　2009年，欧盟的发电量同比下降了5.11%，欧洲和欧亚大陆下降了4.79% ，OECD下降了3.97%，北美下降了3.64%。这些以发展国家为主体的地区的发电量下降速度都远远高于世界同期发电量下降的幅度。而亚太地区2009年发电量却同比增长了3.29%。

　　发达国家2009年经济出现了较严重的下滑，相伴的必然是发电量的快速下降。雄居全球第一大发电国和第一大经济体一个多世纪的美国2009年发电量下降了3.8%，全球第二大经济体和第三大发电国日本2009年发电量下降了5.54%，加拿大下降的4.31%，欧洲的德国下降了6.1%，法国下降了5.35%，英国下降了4.33%，意大利下降了9.14%。而反观发展中国家，世界第二大发电国中国发电量2009年同比上升了6.89%，全球第5大发电国印度上升了5.79%，巴西也上升了1.2%，唯有作为发展中国家的俄罗斯2009年发电量下降了4.25%，这主要是因为俄罗斯自身的经济出现了问题。

　　1990年到2009年，全球发电量从153798亿度上升到200936亿度，增长了69.6%。在5大地区中，1990年到2009年发电量增长速度最低的为欧洲和欧亚大陆，仅增长了10.96%，北美增长速度也仅为33.17%，主体为发达国家的这两个地区增长速度均远低于全球平均增长速度，同为发达国家集合体的欧盟和OECD的速度也远低于全球平均速度。欧洲和欧亚大陆发电量占全球的比重从1990年的38.57%下降到2009年的25.23%，下降了13.34个百分点，北美从31.96%下降到25.23%，下降了6.87个百分点。

　　与上面情况形成明显对比的是，2009年亚太地区的发电量比1990年增长了209.32%，占全球的比重从20.5%上升到37.39%，上升了16.89个百分点。2009年中东地区的发电量比1990年增长了215.85%，占全球的比重从2.02%上升到3.76%，上升了1.74个百分点。

　　从统计的全球主要42个发电国家和地区来看，2009年发电量比1990年增长超过2倍的有9个国家，从高到底依次为中国、印度尼西亚、马来西亚、韩国、伊朗、土耳其、泰国、埃及和印度。在这9个国家中，肩并肩耀眼的当属中国，在这期间中国的发电量增长了近5倍，占全球的比重从1990年的5.24%上升到了2009年的18.54%，上升了13.3个百分点，同期印度和韩国发电量占全球的比重也上升了超过1.93个百分点呼1.27个百分点。

　　而俄罗斯、乌克兰和瑞典2009年的发电量甚至低于1990年的发电量。俄罗斯占全球发电量的比重从1990年的9.13%下降到了2009年的4.94%，下降了4.19个百分点，乌克兰同期也下降了1.66个百分点。占全球发电量比重下降最多的是美国，美国下降了6.24个百分点，德国下降了1.67个百分点，日本下降了1.55个百分点，加拿大下降了0.88个百分点，法国和英国都下降了0.85个百分点。

　　1990-2009年全球主要国家和地区发电量变化表

   电气技术创新与应用展望

　　电灯、电话、电视、电脑这些生活中随处可见且越来越必不可少的小东西就根本离不开电；电线、电器、电机这些支持着各个生产车间、厂矿企业生产节奏的电气设备都直接发源于电；离我们很远的水电站、火电厂、电力网在左右着人类生活的电力设施是便利生产、生活的力量源泉。当前，无论是城市还是乡村，无论是工业、商业还是农业，无论是发达国家还是发展中国家，无一能离开电而顺畅运行，电气化已成为人类文明程度的核心标志。

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　　随着信息技术和电子技术的快速发展，无论发电、输电、配电，还是电能利用技术都将进行重大的变革和发展，走过一个半世纪、使人类生活变得无比绚丽的电气技术定将焕发更旺盛的生命力。实际上，电气技术在进入21世纪的第二个十年之际，正在发生历史上难遇的巨变。

　　今天，世界正在发生一场以低碳经济为代表的深刻变革，作为现代经济高效发展核心动力的电能开发和应用正面临一场空前的革命。以节电、智能电网、可再生能源发电、电动汽车等为代表的新兴电气技术产业已成为全球经济的制高点和重大战略产业，电气技术的创新能力和效率已成为决定一个国家在新时期竞争力的核心产业。电气技术正处在其一百多年历史上最具活力的创新期，也是今天人类极具创新空间和创新成效的技术领域。

　　从上一节的分析可看出，以中国和印度为代表的新兴发展中国家正成为全球电气技术创新和应用的主战场，在电气技术的进一步发展中将扮演日益突出的核心作用。如中国电气技术创新和应用的发展速度正在超越地球上的所有国家成为全球新兴电气技术最大和极具活力的应用市场，更是全球电气技术供应商进行技术创新和创新工程应用的首选场所，如中国的超高压电网建设、新能源发电都已走在世界的最前列。

　　随着时间的推移，一批世界领先的电气技术供应商将在以中国为代表的发展中国家快速成长起来。而以欧洲为代表的传统领先电气技术供应商仍将是新兴电气技术创新和应用的领先者，这种格局将维持很长的时间，甚至会得到进一步的加强。而美国和中国这两个正在进行全球最大电气技术应用国度角色更替的国家也必将在今后的电气技术领域进行激烈的竞争，这两个国家都已经把新兴电气技术产业作为国家今后很长一段时期内的核心战略产业来规划，谁能最终领跑全球市场还无法给出结果。

　　据国际能源署预测，未来20年，经济的发展需要全世界每周增加一座1 GW的电厂和相关电力设施，位居20世纪对人类社会生活影响最大20项工程技术成就首位的电力系统在将来必须以经济的方法应对这种发展趋势。

　　停电已越来越难以让人接受。电力系统的可靠性在过去几十年取得了重大进步，但断电的风险依然存在，电力系统的可靠性将始终是工程技术人员努力的核心课题。可靠稳定的电力供应不仅有助于经济发展，对气候变化也有着积极的影响。如电力系统能安全地处理和稳定电网扰动，将需要更少的备用电厂，将带来更低的排放。

　　未来20年，节电将能更好地遏制人类二氧化碳的排放。但节电技术目前应用的水平很难令人满意，还有巨大的潜力。就是在已有的技术基础上，增效节能的投资一般在两年内即可通过节约下来的能源开支收回成本，商业机构往往不会放过这种快速回报的投资机会。这需要节电技术供应商和用户克服很多的障碍，当然进行节电技术的创新也是很重要的。

　　大力发展太阳能、风能、潮汐或地热能发电是避免二氧化碳排放的有效方法。随着技术的改进、转换效率的提高以及生产成本的下降，这些能源对未来能源的贡献大大增加。间歇式风力发电是电网稳定的另一大挑战，需要增加额外储备。连接遥远的海上风电场的风电，也需要相应的技术。能源储存将最终帮助克服间歇性的供电问题，高压直流电缆技术则是跨海输电的办法。这些技术都有待进一步取得突破。

　　电能的用户在今天对电力系统的运行拥有更大的发言权，用户的影响力还将进一步加强，这当然给用电技术带来了很大的创新空间。已有的技术可以让用户清晰地了解任一时刻的实时用电情况及其相应的电费。这对了解发电厂与用户之间的需求响应关系，减少所需备用电力作用重大。电动汽车技术的突破和规模应用将大大提升电能用户的地位和影响力。(《电气技术》 肖吉德  符彩霞)