Come può una goccia d'acqua essere riutilizzata 19 volte? Un articolo svela i misteri della produzione di energia idroelettrica.
Da tempo immemorabile, la produzione di energia idroelettrica rappresenta un'importante fonte di approvvigionamento elettrico. Il fiume scorre per migliaia di chilometri, racchiudendo un'enorme quantità di energia. Lo sviluppo e l'utilizzo dell'energia idrica naturale per la produzione di elettricità è ciò che viene definito produzione di energia idroelettrica. Il processo di produzione di energia idroelettrica è, in realtà, un processo di conversione energetica.
1. Che cos'è una centrale idroelettrica a pompaggio?
Le centrali idroelettriche a pompaggio rappresentano attualmente il metodo di accumulo di energia ad alta capacità più maturo e stabile dal punto di vista tecnologico. Costruendo o utilizzando due bacini idrici esistenti, si crea un dislivello e l'elettricità in eccesso prodotta dal sistema elettrico durante i periodi di basso carico viene pompata in quota per essere immagazzinata. Durante i periodi di picco di carico, l'elettricità viene generata rilasciando acqua, in quella che viene definita "super centrale elettrica".
Le centrali idroelettriche sono impianti che utilizzano l'energia cinetica del flusso d'acqua per generare elettricità. Solitamente vengono costruite in corrispondenza di cascate di grandi dimensioni, utilizzando dighe per intercettare il flusso d'acqua e formare bacini artificiali, che a loro volta convertono l'energia idrica in elettricità tramite turbine idrauliche e generatori.
Tuttavia, l'efficienza di generazione di energia di una singola centrale idroelettrica non è elevata perché, dopo che l'acqua la attraversa, rimane ancora molta energia cinetica residua che non viene utilizzata. Se più centrali idroelettriche potessero essere collegate in serie a formare un sistema a cascata, una goccia d'acqua potrebbe essere attivata più volte a diverse altezze, migliorando così l'efficienza di generazione di energia.
Quali sono i vantaggi delle centrali idroelettriche oltre alla produzione di energia? In realtà, la costruzione di centrali idroelettriche ha anche un impatto significativo sullo sviluppo economico e sociale locale.
Da un lato, la costruzione di centrali idroelettriche può stimolare lo sviluppo delle infrastrutture locali e dell'industria. La realizzazione di centrali idroelettriche richiede un grande impiego di manodopera, risorse materiali e investimenti finanziari, creando opportunità di lavoro e domanda di mercato a livello locale, promuovendo lo sviluppo delle filiere industriali correlate e incrementando le entrate fiscali locali. Ad esempio, l'investimento totale per il progetto della centrale idroelettrica di Wudongde ammonta a circa 120 miliardi di yuan, il che può generare investimenti regionali correlati compresi tra 100 e 125 miliardi di yuan. Durante il periodo di costruzione, si registra un aumento medio annuo dell'occupazione di circa 70.000 persone, costituendo una nuova forza trainante per la crescita economica locale.
D'altro canto, la costruzione di centrali idroelettriche può migliorare l'ambiente ecologico locale e il benessere della popolazione. La costruzione di centrali idroelettriche non dovrebbe limitarsi al rispetto di rigorosi standard ambientali, ma dovrebbe anche prevedere il ripristino e la protezione ecologica, l'allevamento e il rilascio di specie ittiche rare, il miglioramento del paesaggio fluviale e la promozione della biodiversità. Ad esempio, dalla costruzione della centrale idroelettrica di Wudongde, sono stati rilasciati oltre 780.000 avannotti di specie ittiche rare come il pesce gatto dal ventre spaccato, la tartaruga bianca, il cobite lungo e sottile e la carpa persico. Inoltre, la costruzione di centrali idroelettriche richiede anche il trasferimento e il reinsediamento di immigrati, il che offre migliori condizioni di vita e opportunità di sviluppo per la popolazione locale. Ad esempio, nella contea di Qiaojia, sede della centrale idroelettrica di Baihetan, si è verificato il trasferimento e il reinsediamento di 48.563 persone. La contea di Qiaojia ha trasformato l'area di reinsediamento in una moderna area urbana, migliorando le infrastrutture e i servizi pubblici e la qualità della vita e il benessere della popolazione immigrata.
Una centrale idroelettrica non è solo una centrale elettrica, ma anche un impianto che apporta benefici. Non solo fornisce energia pulita al Paese, ma promuove anche lo sviluppo sostenibile dell'area locale. Si tratta di una situazione vantaggiosa per tutti, che merita il nostro apprezzamento e che ci spinge a trarne insegnamento.
2. Tipi principali di generazione di energia idroelettrica
I metodi comunemente utilizzati per la riduzione concentrata delle precipitazioni includono la costruzione di dighe, la deviazione dei corsi d'acqua o una combinazione di entrambi.
Costruisci una diga in un tratto di fiume con un forte dislivello, crea un bacino artificiale per immagazzinare l'acqua e innalzarne il livello, installa una turbina idraulica all'esterno della diga e fai scorrere l'acqua dal bacino attraverso un canale di convogliamento (canale di deviazione) fino alla turbina idraulica nella parte inferiore della diga. L'acqua fa ruotare la turbina, che a sua volta aziona un generatore per produrre elettricità, e poi scorre attraverso il canale di scarico fino al fiume a valle. Questo è il modo per costruire una diga e un bacino artificiale per la produzione di energia.
Grazie all'ampia differenza di livello dell'acqua tra la superficie del bacino all'interno della diga e la superficie di uscita della turbina idraulica all'esterno della diga, una grande quantità d'acqua nel bacino può essere utilizzata per produrre lavoro sfruttando un'elevata energia potenziale, consentendo di raggiungere un alto tasso di utilizzo delle risorse idriche. La centrale idroelettrica realizzata con il metodo di costruzione a caduta concentrata in diga è detta centrale idroelettrica di tipo diga e comprende principalmente centrali idroelettriche di tipo diga e centrali idroelettriche di tipo alveo.
Realizzazione di un bacino idrico per immagazzinare l'acqua e innalzare il livello idrico nel tratto superiore del fiume, installazione di una turbina idraulica nel tratto inferiore e deviazione dell'acqua dal bacino a monte alla turbina attraverso un canale di derivazione. Il flusso d'acqua fa ruotare la turbina, che a sua volta aziona un generatore per produrre elettricità, e poi passa attraverso il canale di scarico fino al tratto inferiore del fiume. Il canale di derivazione sarà più lungo e attraverserà la montagna, rappresentando un metodo per la deviazione dell'acqua e la produzione di energia.
Grazie all'ampia differenza di livello dell'acqua H0 tra la superficie del bacino a monte e la superficie di uscita della turbina a valle, una grande quantità d'acqua nel bacino può essere sfruttata attraverso un'elevata energia potenziale, consentendo di ottenere un'elevata efficienza nell'utilizzo delle risorse idriche. Le centrali idroelettriche che utilizzano un metodo di derivazione dell'acqua a carico concentrato sono chiamate centrali idroelettriche a derivazione, e comprendono principalmente le centrali idroelettriche a derivazione a pressione e le centrali idroelettriche a derivazione non a pressione.
3. Come realizzare il "riutilizzo di una goccia d'acqua 19 volte"?
È noto che la centrale idroelettrica di Nanshan, situata al confine tra le contee di Yanyuan e Butuo nella prefettura autonoma di Liangshan Yi, nella provincia del Sichuan, è stata ufficialmente completata e messa in funzione il 30 ottobre 2019. La centrale ha una capacità installata totale di 102.000 megawatt ed è un progetto idroelettrico che sfrutta in modo integrato le risorse idriche naturali, l'energia eolica e l'energia solare. L'aspetto più sorprendente è che questa centrale idroelettrica non solo genera elettricità, ma raggiunge anche la massima efficienza nell'utilizzo delle risorse idriche grazie a soluzioni tecnologiche innovative. Riutilizzando una sola goccia d'acqua per 19 volte, produce ulteriori 34,1 miliardi di kilowattora di elettricità, realizzando un vero e proprio miracolo nel campo della produzione di energia idroelettrica.
Innanzitutto, la centrale idroelettrica di Nanshan adotta la tecnologia di generazione idroelettrica ibrida leader a livello mondiale, che sfrutta in modo completo le risorse idriche naturali, l'energia eolica e l'energia solare, realizzando un'ottimizzazione e una collaborazione sistematiche attraverso mezzi tecnologici, per raggiungere così uno sviluppo sostenibile.
In secondo luogo, la centrale idroelettrica introduce tecnologie all'avanguardia come l'analisi dei big data, l'intelligenza artificiale e l'Internet delle cose per gestire con precisione vari aspetti quali i parametri dell'unità, il livello dell'acqua, il dislivello e la portata, al fine di migliorare l'efficienza operativa della centrale. Ad esempio, grazie all'implementazione di una tecnologia di tracciamento e regolazione automatica della pressione di dislivello costante, il gruppo turbina-generatore massimizza l'utilizzo delle risorse idriche garantendo al contempo un funzionamento sicuro, raggiungendo l'obiettivo di ottimizzare e incrementare la produzione di energia attraverso l'ottimizzazione del dislivello. Allo stesso tempo, quando il livello dell'acqua del bacino è basso, la centrale idroelettrica implementa un sistema di gestione dinamica del bacino per rallentare il tasso di diminuzione del livello dell'acqua, migliorare l'efficienza del riciclo e aumentare efficacemente la capacità di produzione di energia.
Inoltre, l'eccellente design della centrale idroelettrica di Nanshan è altrettanto imprescindibile. Adotta una turbina idraulica a magneti permanenti (turbina Pelton-Michel), caratterizzata dal fatto che, quando l'acqua viene spruzzata sulla girante, l'area della sezione trasversale dell'ugello e la portata verso la girante possono essere regolate tramite rotazione, in modo da sincronizzare la direzione e la velocità dello spruzzo d'acqua con la direzione e la velocità di rotazione della girante, massimizzando l'efficienza di generazione di energia. In aggiunta, sono state adottate tecnologie avanzate come la tecnologia di spruzzatura dell'acqua multipunto e l'aggiunta di sezioni rotanti, migliorando notevolmente l'efficienza di generazione di energia.
Infine, la centrale idroelettrica di Nanshan adotta anche una tecnologia esclusiva di accumulo di energia. Nell'area di accumulo idrico è stato aggiunto un sistema di drenaggio di emergenza per il controllo del livello dell'acqua. Grazie al bacino di accumulo, le risorse idriche possono essere suddivise in diversi periodi di tempo, consentendo di svolgere molteplici funzioni, come la produzione di acqua e la trasmissione di energia, e garantendo un utilizzo economico e sicuro delle risorse idriche.
Nel complesso, il raggiungimento dell'obiettivo di "riutilizzare 19 volte ogni goccia d'acqua" da parte della centrale idroelettrica di Nanshan è dovuto a diversi fattori, tra cui la tecnologia di generazione idroelettrica ibrida leader a livello mondiale, l'applicazione di tecnologie all'avanguardia, meccanismi di gestione efficienti, un design eccellente e una tecnologia di accumulo energetico unica. Ciò non solo apporta nuove idee e modelli per lo sviluppo del settore idroelettrico, ma fornisce anche esempi e spunti utili per lo sviluppo sostenibile del settore energetico cinese.
Data di pubblicazione: 14 agosto 2023
