Kuinka vesipisaraa voidaan käyttää uudelleen 19 kertaa? Artikkeli paljastaa vesivoiman tuotannon mysteerit
Vesivoiman tuotanto on ollut pitkään tärkeä sähköntuotantomuoto. Joki virtaa tuhansia kilometrejä ja sisältää valtavasti energiaa. Luonnon vesienergian kehittämistä ja hyödyntämistä sähköksi kutsutaan vesivoiman tuotannoksi. Vesivoiman tuotantoprosessi on itse asiassa energian muuntamisprosessi.
1. Mikä on pumppausvoimalaitos?
Pumppuvoimalaitokset ovat tällä hetkellä teknisesti kehittynein ja vakain suuren kapasiteetin energian varastointimenetelmä. Rakentamalla tai käyttämällä olemassa olevia kahta säiliötä muodostuu pisara, ja sähköjärjestelmän ylijäämäsähkö matalan kuormituksen aikana pumpataan korkeammalle varastoitavaksi. Huippukuormituksen aikana sähköä tuotetaan vapauttamalla vettä, joka tunnetaan nimellä "supervarasto".
Vesivoimalaitokset ovat laitoksia, jotka hyödyntävät veden virtauksen liike-energiaa sähkön tuottamiseen. Ne rakennetaan yleensä jokien korkeille pudotusalueille patojen avulla veden virtauksen pysäyttämiseksi ja tekoaltaiden muodostamiseksi. Altaat puolestaan muuntavat veden energian sähköksi vesiturbiinien ja generaattoreiden avulla.
Yksittäisen vesivoimalaitoksen sähköntuotantotehokkuus ei kuitenkaan ole korkea, koska veden virrattua vesivoimalaitoksen läpi, paljon liike-energiaa jää hyödyntämättä. Jos useita vesivoimalaitoksia voidaan kytkeä sarjaan kaskadijärjestelmän muodostamiseksi, vesipisara voidaan aktivoida useita kertoja eri korkeuksilla, mikä parantaa sähköntuotantotehokkuutta.
Mitä hyötyä vesivoimalaitoksista on sähköntuotannon lisäksi? Itse asiassa vesivoimalaitosten rakentamisella on myös tärkeä vaikutus paikalliseen taloudelliseen ja sosiaaliseen kehitykseen.
Toisaalta vesivoimalaitosten rakentaminen voi vauhdittaa paikallista infrastruktuurirakentamista ja teollista kehitystä. Vesivoimalaitosten rakentaminen vaatii paljon työvoimaa, aineellisia resursseja ja taloudellisia investointeja, mikä tarjoaa paikallisia työmahdollisuuksia ja markkinakysyntää, vauhdittaa niihin liittyvien teollisuusketjujen kehitystä ja lisää paikallisia verotuloja. Esimerkiksi Wudongden vesivoimalaitoshankkeen kokonaisinvestointi on noin 120 miljardia yuania, mikä voi vauhdittaa alueellisia investointeja 100–125 miljardilla yuanilla. Rakennusvaiheen aikana työpaikkojen keskimääräinen vuosittainen kasvu on noin 70 000 ihmistä, mikä muodostaa uuden paikallisen talouskasvun liikkeellepanevan voiman.
Toisaalta vesivoimalaitosten rakentaminen voi parantaa paikallista ekologista ympäristöä ja ihmisten hyvinvointia. Vesivoimalaitosten rakentamisen tulisi paitsi noudattaa tiukkoja ympäristöstandardeja, myös suorittaa ekologista ennallistamista ja suojelua, kasvattaa ja vapauttaa harvinaisia kaloja, parantaa jokimaisemia ja edistää luonnon monimuotoisuutta. Esimerkiksi Wudongden vesivoimalaitoksen perustamisen jälkeen on vapautettu yli 780 000 harvinaisen kalan poikasta, kuten halkiovatsakalan, valkoisen merikilpikonnan, pitkän ohuen loachin ja basson. Lisäksi vesivoimalaitosten rakentaminen edellyttää myös maahanmuuttajien uudelleensijoittamista, mikä tarjoaa paremmat elinolosuhteet ja kehitysmahdollisuudet paikallisille asukkaille. Esimerkiksi Qiaojian piirikunnassa sijaitsee Baihetanin vesivoimalaitos, johon on liittynyt 48 563 ihmisen uudelleensijoittaminen. Qiaojian piirikunta on muuttanut uudelleensijoittumisalueen nykyaikaiseksi kaupungistumisalueeksi, parantanut infrastruktuuria ja julkisia palveluita sekä parantanut maahanmuuttajaväestön elämänlaatua ja onnellisuutta.
Vesivoimalaitos ei ole vain voimalaitos, vaan myös hyödyllinen laitos. Se ei ainoastaan tuota puhdasta energiaa maalle, vaan myös tuo vihreää kehitystä paikalliselle alueelle. Tämä on win-win-tilanne, joka ansaitsee arvostustamme ja oppimistamme.
2. Vesivoiman tuotannon perustyypit
Yleisesti käytettyjä keskitetyn pudotuksen menetelmiä ovat padon rakentaminen, veden ohjaaminen tai näiden yhdistelmä.
Rakenna pato joen osaan, jossa on suuri pudotus, perusta säiliö veden varastoimiseksi ja vedenpinnan nostamiseksi, asenna vesiturbiini padon ulkopuolelle. Säiliön vesi virtaa vedensiirtokanavaa (ohjaamokanavaa) pitkin padon alaosassa olevaan vesiturbiiniin. Vesi pyörittää turbiinia ja käyttää generaattoria sähkön tuottamiseksi, ja sitten vesi virtaa alajuoksukanavaa pitkin alajuoksuun. Näin rakennetaan pato ja säiliö sähköntuotantoa varten.
Padon sisällä olevan säiliön vesipinnan ja padon ulkopuolella olevan hydraulisen turbiinin ulostulopinnan välisen suuren vedenpintaeron vuoksi säiliössä olevaa suurta vesimäärää voidaan hyödyntää suuren potentiaalienergian avulla, mikä voi saavuttaa korkean vesivarojen käyttöasteen. Padon rakentamiseen keskittyvän pudotuksen menetelmällä rakennettua vesivoimalaitosta kutsutaan patotyyppiseksi vesivoimalaitokseksi, joka koostuu pääasiassa patotyyppisistä vesivoimalaitoksista ja joenpohjatyyppisistä vesivoimalaitoksista.
Joen yläjuoksulla perustetaan tekojärvi veden varastoimiseksi ja vedenpinnan nostamiseksi, asennetaan vesiturbiini alajuoksulle ja vesi ohjataan yläjuoksun tekojärvestä alajuoksulla sijaitsevaan vesiturbiiniin ohjauskanavan kautta. Veden virtaus pyörittää turbiinia ja käyttää generaattoria sähkön tuottamiseksi, minkä jälkeen vesi virtaa alajuoksukanavan kautta joen alajuoksulle. Ohjauskanava on pidempi ja kulkee vuoren läpi, mikä on tapa ohjata vettä ja tuottaa sähköä.
Ylävirran säiliöpinnan ja alavirran turbiinin ulostulopinnan välisen suuren vedenpintaeron H0 vuoksi suuri määrä vettä säiliössä toimii suuren potentiaalienergian kautta, mikä voi saavuttaa korkean vesivarojen käyttötehokkuuden. Vesivoimalaitoksia, jotka käyttävät keskitettyä vedenkorkeuden ohjausmenetelmää, kutsutaan ohjaustyyppisiksi vesivoimalaitoksiksi, joihin kuuluvat pääasiassa paineenpoistotyyppiset vesivoimalaitokset ja ei-paineenpoistotyyppiset vesivoimalaitokset.
3. Miten saavutetaan "vesipisaran 19-kertainen uudelleenkäyttö"?
Nanshanin vesivoimalaitoksen tiedetään valmistuneen ja otetun virallisesti käyttöön 30. lokakuuta 2019. Se sijaitsee Yanyuanin ja Butuon piirikuntien risteyksessä Liangshan Yin autonomisessa prefektuurissa Sichuanin maakunnassa. Voimalaitoksen kokonaiskapasiteetti on 102 000 megawattia, ja se on vesivoimahanke, joka hyödyntää kokonaisvaltaisesti luonnon vesivaroja, tuulienergiaa ja aurinkoenergiaa. Ja silmiinpistävintä on, että tämä vesivoimalaitos ei ainoastaan tuota sähköä, vaan se myös saavuttaa vesivarojen äärimmäisen tehokkuuden teknologisten keinojen avulla. Se käyttää vesipisaraa toistuvasti 19 kertaa, mikä tuottaa 34,1 miljardia kilowattituntia sähköä lisää ja tekee useita ihmeitä vesivoiman tuotannon alalla.
Ensinnäkin Nanshanin vesivoimalaitos ottaa käyttöön maailman johtavan hybridivesivoiman tuotantoteknologian, joka hyödyntää kattavasti luonnon vesivaroja, tuulienergiaa ja aurinkoenergiaa ja saavuttaa systemaattisen optimoinnin ja yhteistyön teknologisten keinojen avulla, mikä saavuttaa kestävän kehityksen.
Toiseksi vesivoimalaitos ottaa käyttöön huipputeknologiaa, kuten big data -analyysiä, tekoälyä ja esineiden internetiä, joiden avulla voidaan hallita tarkasti erilaisia osa-alueita, kuten yksikköparametreja, vedenpintaa, painetta ja veden virtausta, ja parantaa siten vesivoimalaitoksen toiminnan tehokkuutta. Esimerkiksi ottamalla käyttöön jatkuvan paineen automaattisen seuranta- ja säätötekniikan vesiturbiinigeneraattoriyksikkö maksimoi vesivarojen käytön ja varmistaa samalla turvallisen toiminnan. Tämä saavuttaa tavoitteen optimoida ja lisätä sähköntuotantoa paineen optimoinnin avulla. Samanaikaisesti, kun säiliön vedenpinta on alhainen, vesivoimalaitokset luovat dynaamisen hallintajärjestelmän säiliölle hidastaakseen vedenpinnan laskua, parantaakseen kierrätystehokkuutta ja lisätäkseen tehokkaasti sähköntuotantokapasiteettia.
Lisäksi Nanshanin vesivoimalaitoksen erinomainen suunnittelu on korvaamatonta. Siinä käytetään PM-vesiturbiinia (Pelton Michel -turbiini), jolle on ominaista se, että kun vettä suihkutetaan juoksupyörälle, suuttimen poikkileikkauspinta-alaa ja virtausnopeutta juoksupyörää kohti voidaan säätää pyörittämällä, jotta vesisuihkun suunta ja nopeus vastaavat juoksupyörän pyörimissuuntaa ja -nopeutta, mikä maksimoi sähköntuotannon tehokkuuden. Lisäksi on otettu käyttöön edistyneitä teknologioita, kuten monipisteinen vesisuihkutustekniikka ja pyörivien osien lisääminen, jotka parantavat huomattavasti sähköntuotannon tehokkuutta.
Lopuksi Nanshanin vesivoimalaitos ottaa käyttöön myös ainutlaatuisen energian varastointiteknologian. Veden laskeutumisalueelle on lisätty joukko hätätilanteiden vedenpinnan tyhjennysjärjestelmiä. Vesivarastosäiliön avulla vesivarat voidaan jakaa eri aikakausiin, mikä mahdollistaa useita toimintoja, kuten veden tuotannon ja sähkönsiirron, ja varmistaa vesivarojen taloudellisen ja turvallisen käytön.
Kaiken kaikkiaan syy siihen, miksi Nanshanin vesivoimalaitos on saavuttanut tavoitteen "käyttää uudelleen 19 kertaa vesipisaran", johtuu useista tekijöistä, mukaan lukien maailman johtava hybridivesivoiman tuotantoteknologia, huipputeknologian soveltaminen, tehokkaat hallintamekanismit, erinomainen suunnittelu ja ainutlaatuinen energian varastointiteknologia. Tämä ei ainoastaan tuo uusia ideoita ja malleja vesivoimateollisuuden kehittämiseen, vaan tarjoaa myös hyödyllisiä demonstraatioita ja inspiraatiota Kiinan energiateollisuuden kestävälle kehitykselle.
Julkaisun aika: 14. elokuuta 2023
