現今主要使用的發電基本原理，始於公元1820～1830年間，由英國科學家麥可·法拉第所發現，法拉第電磁感應定律是藉由一組以上的線圈在磁場中進行旋轉運動，藉以產生感應電流（動能轉換為電能）。常見的發電方式不外以下幾種：熱能(燃煤、石油、天然氣、核變化等)轉換電能、水力能轉換電能、風能轉換電能、太陽光能轉換電能，另外，還有其他形式的發電方式，例如地熱發電、潮汐發電……等。這所有產電的源頭如燃煤、石油、天然氣、核裂變、水、風、太陽光、地熱、潮汐……等，都是來自地球的自然資源。針對人類如何運用地球能源來發電及各種發電方式的原理與流程，簡要整理如下：
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一、火力發電
火力發電是利用可燃物（例如：煤炭、天然氣、石油、生質燃料與可燃廢棄物……等）作為燃料生產電能。火力發電廠的基本生產過程是：燃料在燃燒時加熱水生成蒸汽，將燃料的化學能轉變成熱能，蒸汽壓力推動汽輪機旋轉，熱能轉換成機械能，然後汽輪機帶動發電機旋轉，將機械能轉變成電能。原動機通常是蒸汽機或燃氣輪機，在一些較小的電站，也有可能會使用內燃機。其發電的基本原理和運作流程如下：
1、基本原理：
A、火力發電裝置由以下幾個主要組成部分構成：幫浦（Pump）、鍋爐（Boiler）、渦輪（Turbine）、冷凝機（Condenser）以及發電機（Electric generator）。
B、首先，幫浦將水加壓送至鍋爐。在鍋爐中，燃燒煤炭或天然氣等燃料，使水吸收熱能並轉變為水蒸氣。
C、高溫高壓的水蒸氣推動渦輪旋轉，通過發電機產生電能。
D、最後，水蒸氣被回收至冷凝裝置，並作為下次發電迴圈的水資源使用。
E、這個循環過程被稱為朗肯迴圈（Rankine Cycle）。
2、朗肯循環流程：朗肯迴圈是一種熱力學做功的迴圈。它包括以下四個流程：
A、幫浦做功：將低壓水轉變為高壓水。
B、鍋爐加熱：高壓水加熱成高壓高溫水蒸氣。
C、渦輪運轉：高溫高壓水蒸氣膨脹推動渦輪動發電機產生電能。
D、蒸氣冷凝：水蒸氣冷凝后再次進入幫浦。
二、水力發電
水力發電是一種利用水能轉換為電能的工程技術。它利用河流、湖泊等高處的水流，將其中蘊藏的位能轉化為水輪機的機械能，再通過發電機產生電能。以下是水力發電的基本原理和運作流程：
1、基本原理：
A、水力發電利用的水能主要是蘊藏於水體中的位能。
B、為實現將水能轉換為電能，需要建設不同類型的水電站。
C、水電站的主要組成部分包括：水輪機、發電機、水庫、引水管道等。
2、流程：
A、河川的水經過攔水設施攫取后，通過壓力隧道、壓力鋼管等水路設施送至電廠。
B、當機組需要運轉發電時，打開主閥，然後開啟導翼（類似於家中水龍頭的功能），使水衝擊水輪機。
C、水輪機轉動后帶動發電機旋轉，發電機加入勵磁后，建立電壓，並將電力送至電力系統。
3、優勢：
A、水能是一種取之不盡、用之不竭、可再生的清潔能源。
B、水力發電效率高，發電成本低，機組啟動快，調節容易。
C、水力發電還可以控制洪水泛濫、提供灌溉用水、改善河流航運等。
4、缺點：
A、建設週期長，建造費用高。
B、對自然環境有一定影響，如生態破壞和移民問題。
C、下游肥沃的沖積土因沖刷而減少。
水力發電是一種環保、高效率且可持續的能源形式，是絕佳的可再生清潔能源。
三、核能發電
核能是一種利用原子核反應來獲取能量的技術。它利用可控的核裂變或核聚變過程，產生熱量、動力和電能。以下是核能發電的基本原理和運作流程：
1、什麼是核能：
A、原子是構成世間萬物的基本結構，其核心由質子和中子組成，核外有電子包圍。
B、核能是指原子核結構因為“核分裂”或“核融合”發生變化時，所釋放出來的能量。
C、核分裂是指較大的原子核分裂成兩個較小的原子核，這個過程中會釋放巨大能量。目前世界上的核電站均是以核分裂方式產生熱能來發電。
D、核融合是由兩個較小原子核結合成一個較大的原子核，其過程也會釋放能量。理論上核融合所放出的能量通常比核分裂的還大，就如太陽發出的光和熱，就是由氫核融合為氦的核子反應所產生。
2、核能發電的原理：
A、目前世界上的核能發電主要是利用去氧鈾-235（U-235）進行“核分裂”反應來發電。
B、發電前，首先需要開採鈾礦，經過複雜的提煉和濃縮，制造成一般核反應堆可用、鈾濃度約為3%的燃料棒。
C、然後將大量的燃料棒放入反應堆中，確保足以核分裂達到臨界並持續產生熱力。
D、熱力產生的蒸汽推動發電機發電。
3、核能發電的優點：
A、核能發電不會產生碳排放，連鎖反應在無外力介入的情況下可以連續發電18個月。
B、若無任何意外，核能發電可以持續穩定地供應電能。
4、核能發電的缺點：
A、鈾礦開採和提煉會產生大量的輻射污染。
B、核能發電存在安全風險，核反應爐心融解。
C、核能發電產生的高階核廢料對環境和人類文明構成長期威脅。
雖然核能發電有其優點，但也存在嚴重的環境和安全問題。
四、風力發電
風力發電是一種利用風的動能轉換為電能的技術。它是一種清潔無公害的可再生能源，並且風能蘊藏量巨大，因此受到世界各國的重視。
以下是風力發電的基本原理和運作流程：
一、發電原理：
1、風力發電利用風的動能，通過風車將其轉換為機械能。
2、風車的葉片受到風的作用，旋轉起來，帶動發電機發電。
3、發電機將機械能轉化為電能。
二、組成部分：
1、葉片轉子：接受風力並轉為機械能。
2、增速裝置-發電機：通過增速齒輪箱提升轉速，帶動發電機發電。
3、鐵塔：支承風輪、尾舵和發電機，使風輪處於較高的風速位置。
三、運作流程：
1、風輪受風力驅動，轉動葉片。
2、增速裝置將轉速提高到發電機額定轉速。
3、發電機將機械能轉化為電能。
4、電力透過電纜傳輸到海上變電站，再送到陸地上，最終輸送入電網。 風力發電在全球形成熱潮，因為它不需要使用燃料，且不會產生輻射或空氣污染。
五、太陽能發電
太陽能發電是一種利用太陽光轉換成電能的技術。它可以直接使用太陽能光伏（PV）或間接使用聚光太陽能熱發電（CSP）。讓我們深入了解太陽能發電的原理和運作流程：
1、太陽能光伏發電原理：
A、太陽能電池板中包含兩種元素：帶負電的n型半導體和帶正電的p型半導體。
B、在光的照射下，n型半導體產生電子，p型半導體產生電洞，形成電場。
C、透過電擊將兩極接通，即可產生「電流」。
D、最終，太陽能電池將吸收的自然太陽光能轉換成電能輸出。
2、運作流程：
A、太陽能電池板接收陽光，將光能轉換成直流電。
B、逆變器將直流電轉換成符合市電頻率的交流電，經由變壓器加壓後輸入台電饋線網。
C、產生的電力可以儲存於電池中，或與電網連接進行調度使用。
太陽能發電已經在主要市場達到電網平價，並且在全球電力來源中佔有一席之地。
六、電的匯集與供應—電源端(發電機)
1、發電—啟動發電機的軸心轉子轉動：
火力、水力、核能和風力發電都是利用不同的能源來產生動能，這些發電方式都是利用其動能轉動發電機的軸心轉子，以產生電磁感應，然後將這個動能轉換為電能。
A、火力發電利用燃燒煤炭、天然氣、石油等燃料的熱能。這些燃料燃燒產生高溫高壓的蒸汽，蒸汽帶動渦輪機轉動，進而帶動發電機的軸心轉子。
B、水力發電利用水流的動能。通常，水從高處流向低處，例如從水壩的水庫流出。這個流動的水驅動水輪機或渦輪機轉動，進而帶動發電機的軸心轉子。
C、核能發電使用鈾-235進行核分裂反應釋放出巨大的能量，這個能量被轉換為熱能使液態水轉換成蒸氣，蒸氣推動汽輪機或渦輪機轉動發電機的軸心轉子。
D、風力發電利用風的動能。風葉轉動風車或風力渦輪機，這些轉動的部件連接到發電機的軸心轉子。
2、發電的流程：
以上，這些能源轉換為電能的過程，其主要的任務就是啟動發電機的軸心轉子轉動，以產生電磁感應達到聚電、發電的功能與目的。因著以上能量供給，繼續來探索發電機如何經由軸心轉子的轉動來轉換產出電能。
發電機利用電磁感應原理將各種動力（如火力、水力、核能或風力）轉換成電能。其發電的流程：
A、能源動力輸入：發電機的原動機（例如水輪機、汽輪機、燃氣輪機等）將各類一次能源蘊藏的能量轉換為機械能。
B、軸心轉子運動：動力驅動轉子，在旋轉磁場兩極之間轉動。
C、感應電流產生：當轉子轉動時，線圈內的磁場改變，因此產生感應電流。
D、聚引電能輸出：感應電流通過發電機的接線端子引出，經過輸電、配電網絡送往各種用電場所。
3、發電機分兩個主要機件：
A、勵磁機：
a、勵磁定子線圈：固定於發電機機殼(不隨軸心轉動)，引線兩端由AVR(穩壓器)提供一直流電流(F+與F-)，在定子鐵芯的磁極上會產生兩相鄰相異的磁極，如N-S-N-S……。此磁場即為勵磁場。加入的直流電流與電壓稱為勵磁場電流與勵磁場電壓，而此線圈兩端的電阻稱為勵磁電阻。
b、勵磁轉子線圈：固定於發電機轉軸心上隨引擎轉動，轉動時此線圈切割勵磁場產生一組交流電源，其功率大小與勵磁場成正比。 此交流電源經整流器將交流轉換成直流電源。
B、主發電機：
a、主磁場線圈：固定於發電機軸心上隨引擎轉動，線圈接受由勵磁場所提供之直流電源並在磁極上產生相鄰相異之磁極N-S-N-S……。由於固定於引擎軸心上，當引擎轉動時磁場跟著轉動，在空間上形成一個旋轉磁場。
b、定子線圈：於發電機機殼(不隨軸心轉動)，當主磁場產生旋轉磁場時，磁力線與定子線圈切割產生一交流電源，這個電源就是發電機的輸出電源，其功率大小與勵磁場成正比。
七、電的接收與消耗—負載端(用電設備)
台灣發電廠產出頻率60Hz的電能供給用電戶，所有用戶所使用的電器設備也必須設計在60Hz的電波頻率中才能正常運轉、滿足設備的功能達成有效功率(做實功)。目前認知的自然界只存在交流電，所以從外界獲取或發射到外界只能使用交流電做傳輸最經濟而穩定有效率。直流電是人們為了確保設備能夠長時間正常工作，或設備輸出信息擁有足夠的清晰度而量化出來的，大部份非線性負載設備主要都以直流電運轉。
需要穩定電流的設備有：
1、電子設備：筆記型電腦、冰箱、空調、電視、音響、洗衣機、印表機、風扇、微波爐……等家電用品及通訊設備、手機充電器、穩壓器 (AVR)、不斷電系統 (UPS)、AC TO AC 電源供應器……等器材設備。
2、醫療設備：心臟起搏器、醫用超聲波設備……等需要穩定的諼備。
3、工業設備：
A、機械設備：例如機床、壓力機等需要穩定的電流以確保生產過程的穩定性。
B、自動化設備：自動化設備需要穩定的電流以確保生產線的正常運作。
4、交通運輸設備：
A、電動汽車充電器：電動汽車充電器需要穩定的電流來充電電動汽車的電池。
B、火車列車控制系統：火車列車控制系統需要穩定的電流以確保安全運行。5、其他電子電力設備：幾乎所有設備需要穩定的電流以確保它們的正常運作。
八、家用電的銜接—從380V到110V
1、家用電源進入用戶前按載流導體分為三相四線制，即三根相線（電氣符號：A、B、C，一根零線（電氣符號：N），另有一根接地線。
A、單相是三相中任何一根相線和一根零線。常稱之為“火線”、“零線”。通常指 220V、60Hz 交流電。
B、二相是取三相中任意兩相，之間的電壓是380v。
C、三相是將三相全部使用。三相電主要用於作為電動機的電源，即需要轉動的負荷，因為三相電的三個相位差均為120度，轉子不會發生卡住現象。
2、台電配送三相四線380V到用戶家用電為110V的流程步驟如下：
1、發電廠供電：電力從發電廠以三相交流電的形式發出(345KV,161KV)。
2、超高壓變電所：電力經過超高壓變電所進行降壓，轉換成較低的電壓(161KV,69KV)。
3、一次變電所：在一次變電所進一步降壓，將電壓轉換為較適合分配的水平(161KV,69KV)。
4、二次變電所：在二次變電所進一步降壓至，將電壓轉換為更低的水平，以便分配到用戶附近的變壓器(22KV,11KV)。
5、變壓器：用戶附近的變壓器將三相電力(380V)轉換為單相交流電，以提供110V和220V的電壓給日常用電設備運轉。這些變壓器通常安裝在用戶私有空間內，例如後陽台或地下室。
經由以上電力輸配過程，單相交流電110V和220V佈線至用戶各空間插座，各項家電用品引交流電經內建整流器變換成直流電作功運轉。人類可運用的電力全然來自地球能源，人類對於地球能源的掠奪日盛，地球資源正在一點一點耗盡……，而資源耗竭的同時，GHG的排放濃度不斷增加所造成的氣候變遷與人類生存環境遭破壞的事實、不斷惡化的結果，如何節省電力浪費是首要的基本行動。
