Wie kann ein Wassertropfen 19 Mal wiederverwendet werden? Ein Artikel enthüllt die Geheimnisse der Wasserkraftnutzung.
Die Wasserkraftnutzung ist seit Langem eine wichtige Methode der Stromversorgung. Flüsse fließen über Tausende von Kilometern und bergen enorme Energiemengen. Die Erschließung und Nutzung dieser natürlichen Wasserenergie zur Stromerzeugung wird als Wasserkraft bezeichnet. Der Prozess der Wasserkraftnutzung ist im Grunde ein Energieumwandlungsprozess.
1. Was ist ein Pumpspeicherkraftwerk?
Pumpspeicherkraftwerke sind derzeit die technologisch ausgereifteste und stabilste Methode zur Speicherung großer Energiemengen. Durch den Bau oder die Nutzung bestehender Speicherbecken entsteht ein Gefälle. Überschüssiger Strom aus dem Stromnetz wird in Zeiten geringer Last zur Speicherung in höher gelegene Speicher gepumpt. In Zeiten hoher Last wird durch Ablassen des Wassers Strom erzeugt – ein System, das als „Super-Kraftwerk“ bekannt ist.
Wasserkraftwerke sind Anlagen, die die kinetische Energie des Wasserflusses zur Stromerzeugung nutzen. Sie werden üblicherweise an hohen Wasserfällen in Flüssen errichtet, wobei Dämme den Wasserfluss auffangen und Stauseen bilden, in denen die Wasserenergie dann mithilfe von Wasserturbinen und Generatoren in Strom umgewandelt wird.
Die Stromerzeugungseffizienz eines einzelnen Wasserkraftwerks ist jedoch gering, da nach dem Durchfließen des Wassers noch viel kinetische Energie ungenutzt bleibt. Werden mehrere Wasserkraftwerke in Reihe geschaltet und bilden so ein Kaskadensystem, kann ein Wassertropfen mehrfach in unterschiedlichen Höhen aktiviert werden, wodurch die Stromerzeugungseffizienz gesteigert wird.
Welche Vorteile bieten Wasserkraftwerke neben der Stromerzeugung? Tatsächlich hat der Bau von Wasserkraftwerken auch einen wichtigen Einfluss auf die lokale wirtschaftliche und soziale Entwicklung.
Einerseits kann der Bau von Wasserkraftwerken den Ausbau der lokalen Infrastruktur und die industrielle Entwicklung ankurbeln. Der Bau von Wasserkraftwerken erfordert einen hohen Aufwand an Arbeitskräften, Materialressourcen und finanziellen Investitionen, wodurch lokale Arbeitsplätze und Marktnachfrage entstehen, die Entwicklung verwandter Wertschöpfungsketten gefördert und die lokalen Steuereinnahmen erhöht werden. Beispielsweise beläuft sich das Gesamtinvestitionsvolumen des Wasserkraftwerkprojekts Wudongde auf rund 120 Milliarden Yuan, was regionale Folgeinvestitionen in Höhe von 100 bis 125 Milliarden Yuan nach sich ziehen kann. Während der Bauphase entstehen durchschnittlich jährlich rund 70.000 neue Arbeitsplätze, was einen neuen Motor für das lokale Wirtschaftswachstum darstellt.
Andererseits kann der Bau von Wasserkraftwerken die lokale Umwelt und das Wohlbefinden der Bevölkerung verbessern. Der Bau von Wasserkraftwerken sollte nicht nur strenge Umweltstandards einhalten, sondern auch ökologische Sanierungs- und Schutzmaßnahmen umfassen, seltene Fische züchten und aussetzen, Flusslandschaften aufwerten und die Biodiversität fördern. Seit der Errichtung des Wasserkraftwerks Wudongde wurden beispielsweise über 780.000 seltene Fischbrutarten wie der Spaltbauchfisch, die Weiße Schildkröte, die Langschmerle und der Barsch ausgesetzt. Darüber hinaus erfordert der Bau von Wasserkraftwerken auch die Umsiedlung von Zuwanderern, was den lokalen Bevölkerungsgruppen bessere Lebensbedingungen und Entwicklungschancen bietet. So befindet sich beispielsweise das Wasserkraftwerk Baihetan im Kreis Qiaojia, für das 48.563 Menschen umgesiedelt wurden. Der Kreis Qiaojia hat das Umsiedlungsgebiet in ein modernes Stadtviertel umgewandelt, die Infrastruktur und die öffentlichen Einrichtungen verbessert und die Lebensqualität und das Wohlbefinden der Zuwanderer gesteigert.
Ein Wasserkraftwerk ist nicht nur eine Energieanlage, sondern auch eine Anlage, die vielen Menschen zugutekommt. Es liefert nicht nur saubere Energie für das Land, sondern fördert auch die grüne Entwicklung der Region. Das ist eine Win-Win-Situation, die unsere Anerkennung und unser Verständnis verdient.
2. Grundlegende Arten der Wasserkrafterzeugung
Zu den üblicherweise angewandten Methoden der konzentrierten Wasserabgabe gehören der Bau von Staudämmen, die Umleitung von Wasser oder eine Kombination aus beidem.
Man errichtet einen Damm in einem Flussabschnitt mit großem Gefälle, legt einen Stausee an, um Wasser zu speichern und den Wasserstand zu erhöhen, installiert eine Wasserturbine außerhalb des Damms, und leitet das Wasser aus dem Stausee über einen Umleitungskanal zur Turbine am Unterlauf des Damms. Das Wasser treibt die Turbine an, die wiederum einen Generator zur Stromerzeugung antreibt, bevor es über einen Auslaufkanal flussabwärts zurückfließt. So baut man einen Damm und einen Stausee zur Stromerzeugung.
Aufgrund des großen Wasserspiegelunterschieds zwischen dem Wasserspiegel des Stausees innerhalb des Damms und dem Auslauf der Wasserturbine außerhalb des Damms kann eine große Wassermenge im Stausee durch ein hohes Energiepotenzial genutzt werden, wodurch eine hohe Wassernutzungsrate erzielt wird. Das mittels des Prinzips des konzentrierten Gefälles beim Dammbau errichtete Wasserkraftwerk wird als Staudammkraftwerk bezeichnet und lässt sich hauptsächlich in Staudammkraftwerke und Flussbettkraftwerke unterteilen.
Um Wasser im Oberlauf des Flusses zu speichern und den Wasserstand anzuheben, wird ein Stausee angelegt. Im Unterlauf wird eine Wasserturbine installiert. Das Wasser wird vom oberen Stausee über einen Umleitungskanal zur unteren Turbine geleitet. Der Wasserstrom treibt die Turbine an, die wiederum einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Anschließend fließt das Wasser über einen Unterwasserkanal zurück in den Unterlauf. Der Umleitungskanal ist länger und führt durch den Berg – eine Kombination aus Wasserumleitung und Stromerzeugung.
Aufgrund des großen Wasserspiegelunterschieds H0 zwischen der Oberfläche des Stausees oberhalb und der Austrittsfläche der Turbine unterhalb wird eine große Wassermenge im Stausee durch hohe potenzielle Energie genutzt, wodurch eine hohe Wassernutzungseffizienz erzielt werden kann. Wasserkraftwerke, die das Prinzip der konzentrierten Fallhöhenumleitung nutzen, werden als Umleitungskraftwerke bezeichnet. Man unterscheidet hauptsächlich zwischen Druckumleitungskraftwerken und drucklosen Umleitungskraftwerken.
3. Wie lässt sich die „19-fache Wiederverwendung eines Wassertropfens“ erreichen?
Das Wasserkraftwerk Nanshan wurde am 30. Oktober 2019 offiziell fertiggestellt und in Betrieb genommen. Es befindet sich im Dreiländereck der Kreise Yanyuan und Butuo im Autonomen Bezirk Liangshan der Yi in der Provinz Sichuan. Mit einer installierten Gesamtleistung von 102.000 Megawatt nutzt es auf einzigartige Weise natürliche Wasserressourcen, Wind- und Solarenergie. Besonders bemerkenswert ist, dass das Kraftwerk nicht nur Strom erzeugt, sondern durch innovative Technologien auch die Wasserressourcen optimal nutzt. Ein Tropfen Wasser wird 19-mal wiederverwendet, wodurch zusätzlich 34,1 Milliarden Kilowattstunden Strom erzeugt werden – ein Meilenstein in der Wasserkraftnutzung.
Erstens nutzt das Wasserkraftwerk Nanshan die weltweit führende Hybrid-Wasserkrafttechnologie, die natürliche Wasserressourcen, Windenergie und Solarenergie umfassend nutzt und durch technologische Mittel eine systematische Optimierung und Zusammenarbeit erreicht, wodurch eine nachhaltige Entwicklung erzielt wird.
Zweitens nutzt das Wasserkraftwerk modernste Technologien wie Big-Data-Analyse, künstliche Intelligenz und das Internet der Dinge, um verschiedene Aspekte wie Anlagenparameter, Wasserstand, Fallhöhe und Wasserdurchfluss präzise zu steuern und so die Betriebseffizienz zu steigern. Beispielsweise maximiert die Wasserturbine durch die automatische Nachführung und Regelung des Fallhöhendrucks die Nutzung der Wasserressourcen bei gleichzeitig sicherem Betrieb und optimiert so die Stromerzeugung. Gleichzeitig wird bei niedrigem Wasserstand im Stausee ein dynamisches Managementsystem eingesetzt, um den Wasserstandsabfall zu verlangsamen, die Rückgewinnungseffizienz zu verbessern und die Stromerzeugungskapazität effektiv zu erhöhen.
Darüber hinaus ist die hervorragende Konstruktion des Wasserkraftwerks Nanshan unerlässlich. Es nutzt eine Pelton-Michel-Turbine, die sich dadurch auszeichnet, dass beim Aufsprühen des Wassers auf das Laufrad der Düsenquerschnitt und die Durchflussmenge zum Laufrad durch Rotation angepasst werden können. So werden Richtung und Geschwindigkeit des Wassersprühstrahls optimal an die Drehrichtung und Drehzahl des Laufrads angepasst, wodurch die Stromerzeugungseffizienz maximiert wird. Zusätzlich wurden fortschrittliche Technologien wie die Mehrpunkt-Wassersprühtechnik und der Einsatz rotierender Abschnitte implementiert, was die Stromerzeugungseffizienz deutlich steigert.
Schließlich nutzt das Wasserkraftwerk Nanshan auch eine exklusive Energiespeichertechnologie. Im Wasserspeicherbereich wurden Notwasserentlastungsanlagen installiert. Durch den Wasserspeicher können die Wasserressourcen zeitlich aufgeteilt werden, wodurch mehrere Funktionen wie Wasserproduktion und Stromübertragung realisiert und eine wirtschaftliche und sichere Nutzung der Wasserressourcen gewährleistet werden.
Dass das Wasserkraftwerk Nanshan das Ziel der 19-fachen Wiederverwendung eines Wassertropfens erreicht hat, ist auf verschiedene Faktoren zurückzuführen. Dazu zählen die weltweit führende Hybrid-Wasserkrafttechnologie, der Einsatz modernster Technologien, effiziente Managementmechanismen, ein exzellentes Design und eine einzigartige Energiespeichertechnologie. Dies liefert nicht nur neue Ideen und Modelle für die Entwicklung der Wasserkraftbranche, sondern bietet auch wertvolle Beispiele und Inspirationen für die nachhaltige Entwicklung der chinesischen Energiewirtschaft.
Veröffentlichungsdatum: 14. August 2023
