כיצד ניתן לעשות שימוש חוזר בטיפת מים 19 פעמים? מאמר חושף את מסתורי ייצור האנרגיה ההידרואלקטרית
במשך זמן רב, ייצור אנרגיה הידרואלקטרית היה אמצעי חשוב לאספקת חשמל. הנהר זורם לאורך אלפי קילומטרים, ומכיל אנרגיה עצומה. פיתוח וניצול אנרגיית מים טבעית לחשמל נקרא ייצור אנרגיה הידרואלקטרית. תהליך ייצור האנרגיה ההידרואלקטרית הוא למעשה תהליך המרת אנרגיה.
1. מהי תחנת כוח לאגירת אנרגיה שאובה?
תחנות כוח שאובות הן כיום שיטת אחסון האנרגיה בעלת הקיבולת הגבוהה והבשלה ביותר מבחינה טכנולוגית. על ידי בנייה או שימוש בשני המאגרים הקיימים, נוצרת ירידה, וחשמל עודף ממערכת החשמל בתקופות עומס נמוך נשאב למקומות גבוהים לאחסון. בתקופות עומס שיא, חשמל נוצר על ידי שחרור מים, המכונה "בנק כוח-על".
תחנות כוח הידרואלקטריות הן מתקנים המשתמשים באנרגיה הקינטית של זרימת המים כדי לייצר חשמל. הן נבנות בדרך כלל במפלים גבוהים בנהרות, תוך שימוש בסכרים כדי ליירט את זרימת המים וליצור מאגרים, אשר לאחר מכן ממירים אנרגיית מים לחשמל באמצעות טורבינות מים וגנרטורים.
עם זאת, יעילות ייצור החשמל של תחנת כוח הידרואלקטרית אחת אינה גבוהה מכיוון שלאחר שהמים זורמים דרך תחנת כוח הידרואלקטרית, עדיין נותרת אנרגיה קינטית רבה שאינה מנוצלת. אם ניתן לחבר מספר תחנות כוח הידרואלקטריות בטור ליצירת מערכת קסדה, ניתן להפעיל טיפת מים מספר פעמים בגבהים שונים, ובכך לשפר את יעילות ייצור החשמל.
מהם היתרונות של תחנות כוח הידרואלקטריות מלבד ייצור חשמל? למעשה, לבניית תחנות כוח הידרואלקטריות יש גם השפעה חשובה על הפיתוח הכלכלי והחברתי המקומי.
מצד אחד, בניית תחנות כוח הידרואלקטריות יכולה להניע בניית תשתיות מקומיות ופיתוח תעשייתי. בניית תחנות כוח הידרואלקטריות דורשת כמות גדולה של כוח אדם, משאבים חומריים והשקעות פיננסיות, המספקות הזדמנויות תעסוקה מקומיות וביקוש בשוק, מניעות את פיתוחן של שרשראות תעשייתיות קשורות ומגדילות את ההכנסות הפיסקליות המקומיות. לדוגמה, ההשקעה הכוללת של פרויקט תחנת הכוח ההידרואלקטרית וודונגדה היא כ-120 מיליארד יואן, מה שיכול להניע השקעות אזוריות קשורות של 100 מיליארד יואן עד 125 מיליארד יואן. במהלך תקופת הבנייה, הגידול השנתי הממוצע בתעסוקה הוא כ-70,000 איש, ויוצר כוח מניע חדש לצמיחה כלכלית מקומית.
מצד שני, בניית תחנות כוח הידרואלקטריות יכולה לשפר את הסביבה האקולוגית המקומית ואת רווחתם של האנשים. בניית תחנות כוח הידרואלקטריות צריכה לא רק לעמוד בתקנים סביבתיים מחמירים, אלא גם לבצע שיקום והגנה אקולוגיים, לגדל ולשחרר דגים נדירים, לשפר נופי נהרות ולקדם את המגוון הביולוגי. לדוגמה, מאז הקמת תחנת הכוח הידרואלקטרית וודונגדה, שוחררו יותר מ-780,000 דגיגים נדירים כמו דג בטן מפוצל, צב לבן, לואץ' ארוך דק וקרפיון בס. בנוסף, בניית תחנות כוח הידרואלקטריות דורשת גם מעבר ויישוב מחדש של מהגרים, מה שמספק תנאי מחיה טובים יותר והזדמנויות פיתוח לאוכלוסייה המקומית. לדוגמה, מחוז צ'יאוג'יה הוא מיקום תחנת הכוח הידרואלקטרית בייהטן, הכוללת מעבר ויישוב מחדש של 48,563 איש. מחוז צ'יאוג'יה הפך את אזור היישוב מחדש לאזור עיור מודרני, שיפר את התשתיות ואת מתקני השירותים הציבוריים, ושיפר את איכות החיים והאושר של אוכלוסיית המהגרים.
תחנת כוח הידרואלקטרית היא לא רק תחנת כוח, אלא גם תחנת כוח מועילה. היא לא רק מספקת אנרגיה נקייה למדינה, אלא גם מביאה פיתוח ירוק לאזור המקומי. זהו מצב של win-win שראוי להערכה וללמידה שלנו.
2. סוגים בסיסיים של ייצור חשמל הידרואלקטרי
השיטות הנפוצות של ירידה מרוכזת כוללות בניית סכרים, הטיית מים או שילוב של שניהם.
לבנות סכר בקטע של הנהר עם מפלס גדול, להקים מאגר לאגירת מים ולהעלאת מפלס המים, להתקין טורבינת מים מחוץ לסכר, והמים מהמאגר זורמים דרך תעלת הולכת המים (תעלת הסטה) לטורבינת המים בחלק התחתון של הסכר. המים מניעים את הטורבינה להסתובב ולהניע את הגנרטור לייצור חשמל, ולאחר מכן זורמים דרך תעלת הזנב אל הזרם במורד הנהר. זוהי הדרך לבנות סכר ולבנות מאגר לייצור חשמל.
בשל הפרש מפלס המים הגדול בין פני המים של המאגר בתוך הסכר לבין פני השטח של הטורבינה ההידראולית מחוץ לסכר, כמות גדולה של מים במאגר יכולה לשמש לעבודה באמצעות אנרגיה פוטנציאלית גדולה, מה שיכול להשיג שיעור ניצול גבוה של משאבי מים. תחנת כוח הידרואלקטרית שהוקמה בשיטת בניית סכר בצניחה מרוכזת נקראת תחנת כוח הידרואלקטרית מסוג סכר, והיא מורכבת בעיקר מתחנות כוח הידרואלקטריות מסוג סכר ותחנות כוח הידרואלקטריות מסוג אפיק נהר.
הקמת מאגר לאגירת מים והעלאת מפלס המים בחלקים העליונים של הנהר, התקנת טורבינת מים בחלקים התחתונים, והסטת המים מהמאגר במעלה הזרם לטורבינת המים התחתונה דרך תעלת ההטיה. זרימת המים מניעה את הטורבינה להסתובב ולהניע את הגנרטור לייצור חשמל, ולאחר מכן עוברת דרך תעלת הזנב לחלקים התחתונים של הנהר. תעלת ההטיה תהיה ארוכה יותר ותעבור דרך ההר, וזוהי דרך להסטת מים וייצור חשמל.
בשל הפרש מפלס המים הגדול H0 בין פני המאגר במעלה הזרם לבין פני יציאת הטורבינה במורד הזרם, כמות גדולה של מים במאגר פועלת באמצעות אנרגיה פוטנציאלית גדולה, שיכולה להשיג יעילות גבוהה בניצול משאבי מים. תחנות כוח הידרואלקטריות המשתמשות בשיטת הסחת ראש מים מרוכזת נקראות תחנות כוח הידרואלקטריות מסוג הסחה, כוללות בעיקר תחנות כוח הידרואלקטריות מסוג הסחת לחץ ותחנות כוח הידרואלקטריות מסוג ללא הסחת לחץ.
3. כיצד ניתן להשיג "שימוש חוזר של טיפת מים פי 19"?
מובן כי תחנת הכוח ההידרואלקטרית ננשאן הושלמה רשמית והופעלה ב-30 באוקטובר 2019, והיא ממוקמת בצומת המחוזות יאניואן ובוטואו במחוז האוטונומי ליאנגשאן יי, במחוז סצ'ואן. סך ההספק המותקן של תחנת הכוח ההידרואלקטרית הוא 102,000 מגה-וואט, זהו פרויקט אנרגיה הידרואלקטרית המנצל באופן מקיף משאבי מים טבעיים, אנרגיית רוח ואנרגיה סולארית. והדבר הבולט ביותר הוא שתחנת הכוח ההידרואלקטרית הזו לא רק מייצרת חשמל, אלא גם משיגה את היעילות המירבית של משאבי המים באמצעות אמצעים טכנולוגיים. היא משתמשת שוב ושוב בטיפת מים 19 פעמים, ויוצרת 34.1 מיליארד קילוואט-שעה נוספים של חשמל, ויוצרת ניסים רבים בתחום ייצור האנרגיה ההידרואלקטרית.
ראשית, תחנת הכוח ההידרואלקטרית ננשאן מאמצת את טכנולוגיית ייצור האנרגיה ההיברידית המובילה בעולם, המנצלת באופן מקיף משאבי מים טבעיים, אנרגיית רוח ואנרגיה סולארית, ומשיגה אופטימיזציה ושיתוף פעולה שיטתיים באמצעים טכנולוגיים, ובכך משיגה פיתוח בר-קיימא.
שנית, תחנת הכוח ההידרואלקטרית מציגה טכנולוגיות מתקדמות כמו ניתוח ביג דאטה, בינה מלאכותית ואינטרנט של הדברים כדי לנהל בצורה מדויקת היבטים שונים כגון פרמטרים של היחידה, מפלס מים, גובה וזרימת מים, על מנת לשפר את יעילות התפעול של תחנת הכוח ההידרואלקטרית. לדוגמה, על ידי הקמת טכנולוגיית מעקב וויסות אוטומטית של לחץ גובה קבוע, יחידת גנרטור טורבינות המים ממקסמת את ניצול משאבי המים תוך הבטחת פעולה בטוחה, ומשיגה את המטרה של אופטימיזציה והגדלת ייצור החשמל באמצעות אופטימיזציה של גובה. במקביל, כאשר מפלס המים במאגר נמוך, תחנות הכוח ההידרואלקטריות מקימות מערכת ניהול דינמית עבור המאגר כדי להאט את קצב ירידת מפלס המים, לשפר את יעילות המיחזור ולהגדיל ביעילות את כושר ייצור החשמל.
בנוסף, העיצוב המצוין של תחנת הכוח ההידרואלקטרית ננשאן הוא הכרחי. היא משתמשת בטורבינת מים PM (טורבינת Pelton Michel), המאופיינת בכך שכאשר מים מרוססים על האימפלר, ניתן לכוונן את שטח החתך של הזרבובית ואת קצב הזרימה לכיוון האימפלר באמצעות סיבוב, כך שיתאימו את כיוון ומהירות ריסוס המים לכיוון ומהירות הסיבוב של האימפלר, ובכך למקסם את יעילות ייצור החשמל. בנוסף, אומצו טכנולוגיות מתקדמות כגון טכנולוגיית ריסוס מים רב-נקודתית ותוספת של מקטעים מסתובבים, מה שמשפר מאוד את יעילות ייצור החשמל.
לבסוף, תחנת הכוח ההידרואלקטרית בננשאן מאמצת גם טכנולוגיית אגירת אנרגיה בלעדית. מערכת של מתקני ניקוז חירום לגובה פני המים נוספה באזור שקיעת המים. באמצעות מאגר אגירת המים, ניתן לחלק את משאבי המים לתקופות זמן שונות, ובכך להשיג מספר פונקציות כגון ייצור מים והעברת חשמל, ולהבטיח ניצול כלכלי ובטוח של משאבי המים.
בסך הכל, הסיבה לכך שתחנת הכוח ההידרואלקטרית ננשאן השיגה את המטרה של "שימוש חוזר פי 19 בטיפת מים" נובעת מגורמים שונים, כולל טכנולוגיית ייצור האנרגיה ההיברידית המובילה בעולם, יישום טכנולוגיה מתקדמת, מנגנוני ניהול יעילים, תכנון מעולה וטכנולוגיית אחסון אנרגיה ייחודית. זה לא רק מביא רעיונות ומודלים חדשים לפיתוח תעשיית האנרגיה ההידרואלקטרית, אלא גם מספק הדגמות והשראות מועילות לפיתוח בר-קיימא של תעשיית האנרגיה של סין.
זמן פרסום: 14 באוגוסט 2023
