20世纪发电机的研制水平不断提高，而美国的技术一直处于领先的地位。1903年，著名的威斯汀豪斯公司制造出5兆瓦汽轮发电机；第二年又生产出10兆瓦发电机组；1925年，100兆瓦机组问世。1927年，美国首先采用氢气冷却技术。20世纪50年代，发电机组向大容量方向发展。1950年投入125兆瓦机组，1960年投入的最大机组达500兆瓦。20世纪60年代，日本、法国和英国先后投入600兆瓦机组，而美国和前苏联分别投入1000兆瓦和800兆瓦发电机组。20世纪70年代，瑞士一家公司为美国制造了容量为1300兆瓦机组；20世纪80年代，前苏联完成了1200兆瓦机组。
中国在20世纪50年代先后自行设计制造了6兆瓦、12兆瓦和50兆瓦的汽轮发电机组，60年代开始生产100兆瓦、125兆瓦和200兆瓦机组，70年代研制成功第一台300兆瓦机组，80年代主要生产200兆瓦和300兆瓦机组，最大可制造600兆瓦发电机组。
电力的输送
由于电力事业的不断发展，各种用电器不断涌现，如电报（1840年）、电话（1876年）、电灯（1879年）、电力机车（1880年）相继发明和逐渐完善，电力的应用几乎渗透到社会各个角落。特别是爱迪生发明了耐用的白炽灯之后，为了解决向广大电灯用户供电问题，除了在纽约、伦敦、巴黎建立直流发电站，爱迪生还发明了并联方式供电、配电和地下电缆等一系列相关技术。
19世纪70年代在城市开始建设电网，以满足工业生产和城市照明之用。开始时，电力的传输只能限制在2千米的范围内，因为电流通过导线时会产生热效应，造成电能的耗散，传输距离过长，电能消耗太大，会影响用电器的工作。从焦耳定律可以知道，电流产生热与导线的电阻成正比，与时间成正比，与电流的平方成正比。其中，电流产生的热效应是最显著的，因此为了减小能量的损失，就要减小电流强度；而减小电流强度就要升高电压。1882年，法国科学家德普勒（1843—1918年）建造了世界上第一条远距离直流输电线路。线路的输电距离为57千米，始端电压为1343伏，末端电压为850伏，输送功率约为200瓦，线路损耗约为78％。今天看来，这差不多是一条没有什么实用价值的线路，但是这个新生事物却蕴藏着无可估量的经济价值，它使利用大量水能成为可能；使以前白白地失去的大量水力有了利用的可能。它使工业几乎彻底摆脱了地方条件所规定的一切界限，因而使生产力得到极大的发展，并成为消除城乡对立的强有力杠杆。1883年，德普勒又进行新的试验。这一次的线路长度为14千米，输送功率为1.1千瓦，效率提高到65％。1885年，德普勒采用6000伏的高压直流发电机，输送距离56千米，效率为55％。
德普勒的试验证明远距离输送电力是完全可能的，但存在很大的问题效率比较低。特别是在直流输电的条件下，当时还不能制造出高压直流发电机，因此制造技术制约着电力的输送。
1876年，俄国雅勃洛契诃夫（1847—1894年）发明了“电烛”和单相交流变压器，这是为了解决照明问题采用的。据说，开始他也用直流电照明，后来才改用交流电。这是早期采用交流电的代表性应用，交流电技术的优越性也开始被人们认识到了。
与交流电技术相联系的还有变压器。感应线圈可以看做是变压器的雏形，1851年，这个技术思想就有人提出来了，但直到19世纪80年代才在技术上有所突破。1882年，俄国的乌萨金首次在莫斯科的展览会上展示变压器装置。1883年，法国的高拉德（1850—1888年）和英国的吉布斯也在伦敦博览会上展示了有实用价值的变压器，容量为5千伏安。当时人们称变压器为“二次发电机”。1884年，在意大利都灵使用“二次发电机”进行40千米的交流输电表演。与此同时，美国的威斯汀豪斯（1846—1914年）注意到交流电在电力应用上的价值。他在1885年制造成功先进的变压器，并在实际工程中应用了这种变压器。这套交流输配电装置的电压为1000伏。
19世纪80年代，在使用直流电和交流电的问题上展开了激烈的争论，其实爱迪生在扩大直流电的供电范围上已遇到很大的麻烦，特别是距离很远的用户，由于线路上的电压降太大而使灯变得非常昏暗。解决的办法是提高供电电压，1882年，德普勒用直径4.5毫米的铁丝，把电压为1343伏的直流电输送到慕尼黑，效率为39％，多一半的电能都消耗在线路上了。再提高电压是很困难的，结果爱迪生只能建立许多分散的发电站，就近供电。这样的供电系统是十分复杂的，并且非常不经济。尽管如此，爱迪生还是试图利用他的国际声望阻止交流电技术的发展和应用，甚至企图通过立法的禁止交流输电技术。但随着交流发电机、交流电动机、三相交流制的提出和应用，这场争论才结束，并以三相交流输电的胜利而告终。
在此期间，特斯拉进入了爱迪生在欧洲大陆的公司，并向负责人讲出了自己关于交流电力系统的设想。为此，公司将他介绍到美国，直接去找爱迪生。这样，他成了爱迪生公司的电机设计师。不过，爱迪生对特斯拉的交流电系统并不感兴趣，由于争吵，特斯拉被解雇了。
这时，美国的威斯汀豪斯着力开发交流电系统，他购买了高拉德等人有关变压器的专利权。1885年，威斯汀豪斯建立了自己的公司。1886年，他建立了6.4千米长的3000伏交流输电线路，解决了大范围的供电问题，但却无法提供电力。为了争夺用户，他与爱迪生发生了激烈的宣传战。1887年，特斯拉建立了自己的实验室。1888年，特斯拉进行公开演示，宣传自己的技术。威斯汀豪斯立即购买了特斯拉的40项专利。
1893年是哥伦布发现美洲400周年，届时在芝加哥举办规模浩大的国际博览会。这时威斯汀豪斯得到博览会的合同，为博览会提供25万盏电灯的供电系统。他的12台735千瓦发电机组发挥了作用，人们开始接受交流电的系统。
1895年，尼亚加拉大瀑布水电站的第一台3700千瓦机组发电。电力经过35千米的高压输电线路，送入城市。“交流电”创造的奇迹，使人们开始重新认识交流电。“直流电”的失败，导致爱迪生辞去爱迪生电气公司的总经理职务，公司也改成了通用电气公司。
此外，1890年，发明三相交流制的俄国多布洛沃尔斯基（1862—1919年）提出兴建世界上第一条三相交流高压输电线，由法国的劳奋到德国的法兰克福（175千米），供1891年举办国际电工展览会上用电。当时兴建在澳卡尔河上的劳奋水电站安装了一台230千伏安、90伏、40赫的三相交流发电机和一台200千伏安、90／15200伏变压器，在法兰克福建造两座13800／112伏降压变电所，其中一座直接供给展览会照明，另一座为三相异步电动机供电，电动机带动一台离心水泵，水泵为一个9米高的人工瀑布供水。
1891年8月，从劳奋至法兰克福的输电线路运行。此后，三相交流输电技术被越来越多的人采用，大多数发电厂也都采用三相交流发电机。20世纪初，在法国最后一次采用直流技术供电，甚至到1927年又扩大了容量。但它只能“孤芳自赏”了。
到19世纪90年代，电力直接渗透到家庭。到1975年，一欧能源（如煤和石油等）消耗量约为87亿吨，其中25％用于发电，并且这个比例还在提高。
电气技术不仅成为第二次工业革命的标志，而且电力的广泛使用大大推动了第二次工业革命的进程。以德国为例，它的经济原来处于落后地位，但由于大力发展电力技术，到19世纪70年代，德国工业开始快速发展，1870—1880年工业的年平均增长率为4.1％，1880—1900年工业的年平均增长率超过6％，1913年的工业总产值超过了英国，成为仅次于美国的世界第二经济大国。
火力发电
所谓火力发电是指集中生产电力的发电厂用燃煤来发电，后来也有使用重油的。它是将化学能（煤或油）经热能转变为电能。
火力发电的原理
一般来说，从化学能转变为热能只是个燃烧过程（这里不作讨论），从热能转变为电能则需要汽轮机（也称蒸汽透平）工作。火力发电的具体过程是，燃烧煤或石油加热水，生成水蒸气；水蒸气具有一定的动能，它冲击汽轮机的叶（涡轮），使叶轮转动；转动的叶轮通过转轴向外输出机械功。汽轮机是一种可以将蒸汽能量通过转动叶轮而转化为转轴的机械功的热力发动机。这种过程大致是，燃烧加热锅炉内的水，使产生高压蒸汽，蒸汽经输气管从一个或数个固定的喷嘴直接将蒸汽喷向叶轮；受力的叶轮使涡轮的主轴转动。
从图中可以看到，涡轮机的叶片有几组，当蒸汽冲击第一组叶片后，其剩余能量还可冲击第二组叶片，甚至冲击第三组，等等。最后，蒸汽的全部能量基本上经过冲击叶片而转化为主轴的转动动能。主轴向外输出机械功，可以带动机车、轮船行进，也可带动发电机发电。
1841年，出现了用蒸汽力推动的发电机；1891年，首次制造了带有凝汽器的汽轮发电机，容量为100千瓦；1971年，美国制造出世界上最大的汽轮机，发电的功率达1300兆瓦。目前人们正在研制更大的汽轮机，使单机容量达2000兆瓦。现在，世界上汽轮机的发电量占世界发电量的75％以上。
过去，汽轮机一直是用水作为工作物质的；现在，科学家们正在研究一种新的工作物质氨水，以取代水。浓度适当的氨水比水更容易汽化，可以膨胀到更低的压强和温度而不凝结，因此可将更多的热能转化为电能。估计这种汽轮机可比用水做工作物质的汽轮机的效率可提高2倍。
火力发电的历程
世界上第一座火力发电厂于1875年建于法国的巴黎。这座发电厂发的电主要用于照明。1879年，美国旧金山也建厂发电、出售电力，这是世界上最早的发电厂。1882年，英国也建成供照明的发电厂。同年，爱迪生在纽约也建成一座有6台直流发电机、总装机容量为660千瓦的发电厂。这是世界上最早的比较正规的发电厂。1893年，俄国建成最早的专供工厂和港口使用的三相交流发电厂（容量为1.2兆瓦）。
1879年，由于爱迪生发明白炽灯，使用电量激增（在此之前主要是用弧光灯）。1882年全世界只有3座发电厂，到1902年增加到3621座，总装机容量达到1212兆瓦；到1912年达到5221座，总装机容量5135兆瓦。到1913年，全世界的总发电量约为500亿千瓦时，且主要为火力发电厂发的电。第二次世界大战后，发电量因需求剧增而猛增。到1979年底，全世界装机容量在1000兆瓦以上的发电厂超过25座。
我国应用电力的起始时间也是很早的。1879年5月，美国的格兰特（1822—1885年，曾任第18任总统）到中国访问。在上海外滩举行的欢迎会上点燃了弧光灯，为此使用了一台7500瓦的引擎发电机。这是在中国首次使用电力。
1882年，英国商人在中国创办了上海电光公司，购入美国发电设备建立了小型发电厂，发电能力为12千瓦。1888年，两广总督张之洞批准华侨商人黄秉常向威斯汀豪斯公司订购两台发电设备创办发电厂。7月份，总督衙门亮起了电灯。1888年，慈禧太后退居中南海，清政府为她购置了一台15千瓦的发电机，到1890年，宫廷亮起了电灯。
我国工商界最早筹建的发电厂是在江苏苏州建成的，1925年发电，有两台功率为3.2兆瓦的汽轮发电机。到20世纪20年代末，我国的总装机容量达273兆瓦；到抗战前的1936年，总装机容量为1045兆瓦，年发电量为31亿千瓦时，居世界第14位。到1949年，总装机容量为1850兆瓦，年发电量43亿千瓦时。当时最大的火力发电厂是辽宁抚顺电厂，装机容量为285兆瓦，最大机组容量为53兆瓦。到1978年，我国的总装机容量为57吉瓦；1982年，我国年发电量为3277亿千瓦时，居世界第6位；总装机容量为72吉瓦，居世界第8位；1987年总装机容量突破100吉瓦，1995年又突破200吉瓦，仅分别用了9年和8年的时间就使总装机容量连续跨上100吉瓦和200吉瓦两个台阶。截至1997年底，全国总装机容量已达250吉瓦，年发电量达11350亿千瓦时，均居世界第二位。
在我国自行设计、自行安装、自行完善的发电厂中，20世纪60年代中期开始建设的江苏镇江谏壁发电厂是现代中国电力建设中的一个代表。这是一座总装机容量为1625兆瓦的火力发电厂。这座发电厂地处华东电网的中心，强大的电能既可以从这里发出，又可以在这里汇集后重新分配，有力地支援着祖国的经济建设。
水力发电