發電

發電（Electricity generation）是指將一次能源轉化為電力的過程。在電力工業中，這是電力輸送至終端用戶或通過抽水蓄能等技術進行儲能前的關鍵環節。

渦輪發電機（英語：Turbo generator）

自然界不存在可直接使用的電能，因此必須通過能源轉化"生產"電力。該過程主要在發電廠中完成，最常見的發電方式是通過熱機驅動的機電發電機，其能量來源包括燃燒或核裂變。其他方式還包括利用水流、風力的動能，以及太陽能光伏和地熱發電。另有一些前沿技術嘗試從聚變反應產生的強磁場中直接提取能量（例如磁流體動力學原理的聚變反應堆設計）。

逐步淘汰燃煤電廠並最終取代燃氣電廠^[1]，或實施碳捕集與封存技術，是能源轉型中氣候變化減緩的關鍵舉措。隨着交通、家居和工業電氣化進程加速^[2]，電力需求持續攀升^[3]，未來需大幅提升太陽能發電^[4]與風力發電規模^[5]。值得關注的是，2023年研究顯示，隨着風光發電量增長，全球電力行業二氧化碳排放已接近達峰^[6]。

電的形式

依據發電後產生電的波形，可區分為：

直流電（DC）	交流電（AC）

直流發電

過去直流發電大多以電化學的方式產生電力，泛稱為電池，以小功率的應用為主。近年發展快速的太陽能電池，透過光電效應產生直流電，並藉由逆變器轉換成交流電，供應給使用者。 電池可分為屬於消耗品一次性的原電池，可重複充電與放電的蓄電池，以及當不斷注入燃料能持續發電的燃料電池，這三大類。 此外，另有以熱能直接轉換為電能的熱電偶，但輸出功率極少，目前主要用在感測器。 以及，運用電磁感應原理的直流發電機，不過這種現今比較罕見。

交流發電

較為經濟的商業運轉發電方式，而且較容易升降電壓，所以目前世界各國大多使用此類發電。在用戶端的電壓通常為110、220或240伏特，頻率為50或60赫茲。為了減少能量損耗，在輸電系統中的電壓較高，約在數十萬到數百萬伏特之間。

技術

非再生能源發電

經高壓蒸氣驅動發電機組（熱力發電）

• 火力發電：目前世界上發電廠最多發電量也最大的一種發電方式，可依據鍋爐燃料的不同大略分成下列幾種：
  • 燃煤
  • 燃氣（天然氣、液化石油氣、頁岩氣、可燃冰、沼氣）
  • 燃油（石油或重油、頁岩油）
  • 垃圾（焚化爐）
  • 汽電共生
• 核能發電，依使用的緩速劑與冷卻劑的不同，又分為：
  • 輕水反應堆（LWR）：又分為壓水反應堆（PWR）、沸水反應堆（BWR）、進步型沸水式反應爐（ABWR）、超臨界水反應爐（SCWR）
  • 重水反應堆（HWR）：又分為加壓重水反應堆（PHWR）、蒸汽發生重水反應堆（SGHWR）
  • 石墨慢化反應堆（GMR）：又分為壓力管式石墨慢化沸水反應爐（RBMK）、高溫氣冷反應堆（英語：Very high temperature reactor）（VHTR、HGCR）
  • 其他：快中子增殖反應堆（FBR）、球床反應堆（PBR）、行波反應堆（TWR）......等，與第四代反應堆
• 核融合發電：目前還在研究階段（國際熱核聚變實驗反應堆），尚未開始商業運轉。其發電原料（氘、氚等）自然界中存量豐富。

再生能源

外力直接驅動發電機組

• 水力發電
• 潮汐發電
• 風力發電
• 人力發電
• 電瓶發電

經高壓蒸氣驅動發電機組

• 聚光太陽能熱發電：將陽光聚焦集熱板將水加熱，產生蒸氣以推動汽輪機及發電機
• 地熱發電：亦有低溫的地熱發電技術，原理是將介質由水改為冷媒，藉由液態冷媒吸收地熱後氣化膨脹，藉以推動汽輪機及發電機，冷媒冷卻成液態後再流入地下循環使用

其它方式驅動發電機組

• 太陽能光電：利用半導體材料的特性，把光能轉換成電能。
• 海水溫差發電

原理

依能源轉換的原理，可區分為：

種類	簡介	範例	備註
摩擦起電效應	靜電、自由電荷的轉移	范德格拉夫起電機
電磁感應	動能使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	發電機	現今發電的主流
	將燃料加熱至高溫電漿狀態，然後讓其在磁場中高速流動切割磁力線，藉以產生感應電流，將其熱能轉換成電能	磁流體發電
電化學	化學能轉為電能	電池、燃料電池
光電效應	光能轉為電能	太陽能電池、光伏陣列
熱電效應	熱能直接轉為電能	熱電偶	主要用於感測器
	放射性物質在衰變時所放出熱量再將其直接轉為電能	放射性同位素熱電機	主要用於人造衛星、太空探測器、無人遙控設備
壓電效應	壓電材料的晶格形變轉為電能		主要用於感測器
核變化	使用同位素衰變時放出的β粒子，直接產生電子來發電	非熱轉換型核電池	理論上的技術

全球發電量與來源

全球的發電量與電力來源變化：

1990年全球電力來源   煤: 4,429,513 GWh (37.2%)   水力: 2,190,975 GWh (18.4%)   核能: 2,012,902 GWh (16.9%)   天然氣: 1,747,827 GWh (14.7%)   石油: 1,324,040 GWh (11.1%)   生質能: 105,260 GWh (0.9%)   地熱: 36,426 GWh (0.3%)   廢棄物: 24,141 GWh (0.2%)   其它: 25,109 GWh (0.2%) 1990年全球總發電量: 11,869,194GWh

2000年全球電力來源   煤: 5,995,467 GWh (38.7%)   天然氣: 2,771,466 GWh (17.9%)   水力: 2,695,584 GWh (17.4%)   核能: 2,590,624 GWh (16.7%)   石油: 1,188,490 GWh (7.7%)   生質能: 112,383 GWh (0.7%)   地熱: 52,171 GWh (0.3%)   廢棄物: 49,740 GWh (0.3%)   其它: 55,268 GWh (0.4%) 2000年全球總發電量: 15,511,193GWh

2010年全球電力來源   煤: 8,670,586 GWh (40.1%)   天然氣: 4,843,606 GWh (22.4%)   水力: 3,535,864 GWh (16.4%)   核能: 2,756,289 GWh (12.8%)   石油: 966,573 GWh (4.5%)   風力: 342,203 GWh (1.6%)   生質能: 275,160 GWh (1.3%)   廢棄物: 86,950 GWh (0.4%)   其它: 136,039 GWh (0.6%) 2010年全球總發電量: 21,613,270GWh

2019年全球電力來源   煤: 9,914,448 GWh (36.7%)   天然氣: 6,346,009 GWh (23.5%)   水力: 4,328,966 GWh (16.0%)   核能: 2,789,694 GWh (10.3%)   風力: 1,427,413 GWh (5.3%)   石油: 747,171 GWh (2.8%)   太陽能光伏: 680,952 GWh (2.5%)   生質能: 542,567 GWh (2.0%)   其它: 266,970 GWh (1.0%) 2019年全球總發電量: 27,044,190GWh 資料來源:IEA[7]

目前各國的發電主流，仍是不論燃料種類的燒開水，利用水蒸發時會使體積膨脹約1700倍的特性，去推動蒸氣渦輪機，再帶動發電機裡的線圈在磁場裡旋轉，產生感應電流去發電。