一滴の水が19回も再利用できるなんて？水力発電の謎を解き明かす記事
水力発電は古くから重要な電力供給手段でした。数千キロにわたって流れる川には、膨大なエネルギーが眠っています。自然の水力エネルギーを電力に変換・利用する技術を水力発電といいます。水力発電のプロセスは、実際にはエネルギー変換プロセスです。
1、揚水発電所とは何ですか？
揚水発電所は現在、技術的に最も成熟しており、安定した大容量エネルギー貯蔵方式です。2つの貯水池を建設または利用することで落差を形成し、低負荷時に電力系統から発生する余剰電力を高所に揚水して貯蔵します。ピーク負荷時には、この貯水池から水を放出することで発電します。この貯水池は「スーパーパワーバンク」と呼ばれています。
水力発電所は、水の流れの運動エネルギーを利用して発電する施設です。通常、河川の高い滝に建設され、ダムによって水の流れを堰き止めて貯水池を形成し、水車と発電機を通して水力エネルギーを電力に変換します。
しかし、水力発電所単体では発電効率が高くありません。これは、水が発電所を通過した後、利用されない運動エネルギーが大量に残留するためです。複数の水力発電所を直列に接続してカスケードシステムを構成すれば、水滴を異なる高さで複数回活性化させることができ、発電効率を向上させることができます。
水力発電所は発電以外にどのようなメリットがあるのでしょうか？実は、水力発電所の建設は地域の経済社会の発展にも重要な影響を与えています。
一方、水力発電所の建設は、地域のインフラ建設と産業発展を牽引することができます。水力発電所の建設には、大量の人力、物資、資金投資が必要であり、地域に雇用機会と市場需要を提供し、関連産業チェーンの発展を牽引し、地域の財政収入を増加させます。例えば、武東徳水力発電所プロジェクトの総投資額は約1,200億元で、地域全体の関連投資を1,000億元から1,250億元に引き上げることができます。建設期間中、年間平均約7万人の雇用増加が見込まれ、地域経済成長の新たな原動力となっています。
一方、水力発電所の建設は、地域の生態環境と人々の生活を向上させることができます。水力発電所の建設は、厳格な環境基準を遵守するだけでなく、生態系の修復と保護、希少魚の養殖と放流、河川景観の改善、生物多様性の促進も行う必要があります。例えば、武東徳水力発電所の開設以来、スッポン、シロガオ、細長いドジョウ、スズキなど、78万匹以上の希少魚の稚魚が放流されました。また、水力発電所の建設には移住者の移住と定住も必要であり、地元住民により良い生活環境と発展の機会を提供しています。例えば、橋家県には白河潭水力発電所があり、48,563人の移住と定住が行われました。喬家県は移住地を近代的な都市化移住地へと転換し、インフラや公共サービス施設を改善し、移住者の生活の質と幸福度を向上させた。
水力発電所は単なる発電所ではなく、人々に恩恵をもたらす発電所でもあります。国にクリーンなエネルギーを供給するだけでなく、地域にグリーン開発をもたらします。これはまさにwin-winの関係であり、私たちは感謝し、学ぶべきです。
2、水力発電の基本的な種類
集中降下を実現するために一般的に使用される方法には、ダム建設、水路転用、またはその両方の組み合わせが含まれます。
川の落差の大きい箇所にダムを建設し、貯水池を設けて水を貯めて水位を上げ、ダムの外側に水車を設置します。貯水池の水は導水路（分水路）を通ってダム下部の水車に流れ込みます。水車は水流によって回転し、発電機を駆動して発電します。そして、放水路を通って下流の川に流します。これがダム建設と貯水池建設による発電方法です。
ダム内部の貯水池水面とダム外部の水車出口面との間の水位差が大きいため、貯水池内の大量の水を大きな位置エネルギーで仕事に利用することができ、高い水資源利用率を達成できます。ダム建設において集中落差方式を用いて設置される水力発電所はダム式水力発電所と呼ばれ、主にダム式水力発電所と河床式水力発電所で構成されています。
川の上流に貯水池を設け、水を貯めて水位を上げ、下流に水車を設置します。上流の貯水池から分水路を通って下流の水車に水を流します。水流で水車を回転させ、発電機を駆動して発電します。その後、放水路を通って下流に流れます。分水路は山間部を通るため、より長く、より長いものとなり、水路の延長によって分水と発電を両立させます。
上流貯水池面と下流水車出口面との間の水位差H0が大きいため、貯水池内の大量の水が大きな位置エネルギーを介して作用し、高い水資源利用効率を達成できます。集中落差分水方式を採用した水力発電所は分水式水力発電所と呼ばれ、主に圧力分水式水力発電所と非圧力分水式水力発電所が含まれます。
3、「一滴の水を19回再利用」するにはどうすればいいでしょうか？
四川省涼山イ族自治州塩源県と布沱県の境界に位置する南山水力発電所が2019年10月30日に正式に完成し、稼働を開始したことがわかった。同水力発電所の総設備容量は10万2000メガワットで、天然水資源、風力、太陽エネルギーを総合的に活用した水力発電プロジェクトである。そして最も注目すべきは、この水力発電所が単に発電するだけでなく、技術的な手段によって水資源の究極の効率を実現していることだ。一滴の水が19回繰り返し利用され、さらに341億キロワット時の電力を生み出し、水力発電の分野に数々の奇跡を起こしている。
まず、南山水力発電所は世界をリードするハイブリッド水力発電技術を採用し、天然水資源、風力エネルギー、太陽エネルギーを総合的に活用し、技術的手段を通じて体系的な最適化と連携を実現し、持続可能な発展を実現します。
第二に、水力発電所はビッグデータ分析、人工知能、IoTなどの最先端技術を導入し、ユニットパラメータ、水位、落差、水量などの各側面を細かく管理することで、水力発電所の運用効率を向上させます。例えば、一定落差圧自動追跡・調整技術を確立することで、水車発電機ユニットは安全な運転を確保しながら水資源の利用を最大化し、落差最適化による発電量の最適化・増加の目標を達成します。同時に、貯水池水位が低い場合、水力発電所は貯水池の動的管理システムを確立して水位低下速度を緩め、リサイクル効率を向上させ、発電量を効果的に増加させます。
さらに、南山水力発電所の優れた設計も欠かせません。PM水車（ペルトン・ミッシェル水車）を採用しており、羽根車に水を噴射する際に、回転によってノズルの断面積と羽根車への流量を調整できるのが特徴で、噴射水の方向と速度を羽根車の回転方向と速度に一致させ、発電効率を最大化します。さらに、多点噴射技術や回転部の追加などの先進技術を採用し、発電効率を大幅に向上させています。
最後に、南山水力発電所は独自のエネルギー貯蔵技術を採用しています。貯水区内には緊急水位排水設備が設置されており、貯水池を通して水資源を異なる時間帯に分割することで、造水や送電といった多機能を実現し、水資源の経済的かつ安全な利用を確保しています。
総じて言えば、南山水力発電所が「一滴の水の再利用を19回」という目標を達成できたのは、世界をリードするハイブリッド水力発電技術、最先端技術の応用、効率的な管理メカニズム、優れた設計、そして独自のエネルギー貯蔵技術など、様々な要因によるものです。これらは、水力発電産業の発展に新たなアイデアとモデルをもたらすだけでなく、中国のエネルギー産業の持続可能な発展に有益な実証とインスピレーションを提供しています。
投稿日時: 2023年8月14日
