Jak kroplę wody można wykorzystać 19 razy? Artykuł ujawnia tajemnice wytwarzania energii wodnej
Od dawna hydroenergia stanowiła ważny sposób dostarczania energii elektrycznej. Rzeka płynie tysiącami kilometrów, gromadząc ogromne ilości energii. Wydobywanie i wykorzystywanie naturalnej energii wody w celu uzyskania energii elektrycznej nazywa się hydroenergetyką. Proces wytwarzania energii wodnej jest w rzeczywistości procesem konwersji energii.
1. Czym jest elektrownia szczytowo-pompowa?
Elektrownie szczytowo-pompowe są obecnie najbardziej dojrzałą technologicznie i stabilną metodą magazynowania energii o dużej pojemności. Poprzez budowę lub wykorzystanie dwóch istniejących zbiorników, powstaje zrzut, a nadwyżka energii elektrycznej z systemu elektroenergetycznego w okresach niskiego obciążenia jest pompowana do wysoko położonych miejsc w celu jej magazynowania. W okresach szczytowego obciążenia energia elektryczna jest wytwarzana poprzez uwalnianie wody, znanej jako „superbank energii”.
Elektrownie wodne to obiekty wykorzystujące energię kinetyczną przepływu wody do wytwarzania energii elektrycznej. Zazwyczaj buduje się je przy dużych spadkach rzek, wykorzystując tamy do zatrzymania przepływu wody i utworzenia zbiorników, które następnie przetwarzają energię wody na energię elektryczną za pomocą turbin wodnych i generatorów.
Jednak sprawność wytwarzania energii przez pojedynczą elektrownię wodną nie jest wysoka, ponieważ po przepłynięciu wody przez elektrownię wodną pozostaje jeszcze dużo niewykorzystanej energii kinetycznej. Połączenie szeregowe wielu elektrowni wodnych w układ kaskadowy pozwala na wielokrotną aktywację kropli wody na różnych wysokościach, co poprawia sprawność wytwarzania energii.
Jakie korzyści niosą ze sobą elektrownie wodne poza wytwarzaniem energii elektrycznej? W rzeczywistości budowa elektrowni wodnych ma również istotny wpływ na lokalny rozwój gospodarczy i społeczny.
Z jednej strony, budowa elektrowni wodnych może stymulować lokalną infrastrukturę i rozwój przemysłu. Budowa elektrowni wodnych wymaga dużych nakładów pracy, zasobów materiałowych i inwestycji finansowych, co stwarza lokalne możliwości zatrudnienia i zaspokaja popyt rynkowy, napędza rozwój powiązanych łańcuchów przemysłowych i zwiększa lokalne dochody budżetowe. Przykładowo, łączna wartość inwestycji w projekt elektrowni wodnej Wudongde wynosi około 120 miliardów juanów, co może przełożyć się na inwestycje regionalne rzędu 100–125 miliardów juanów. W okresie budowy średni roczny wzrost zatrudnienia wynosi około 70 000 osób, co stanowi nową siłę napędową lokalnego wzrostu gospodarczego.
Z drugiej strony, budowa elektrowni wodnych może poprawić lokalne środowisko ekologiczne i dobrobyt ludzi. Budowa elektrowni wodnych powinna nie tylko spełniać surowe normy środowiskowe, ale także zapewniać odnowę ekologiczną i ochronę środowiska, rozmnażać i wypuszczać rzadkie gatunki ryb, poprawiać krajobraz rzek i promować bioróżnorodność. Na przykład, od czasu powstania elektrowni wodnej Wudongde wypuszczono na wolność ponad 780 000 rzadkich ryb narybku, takich jak smużka, żółw biały, koza długopłetwa i karp okoniowy. Ponadto, budowa elektrowni wodnych wymaga również relokacji i przesiedlenia imigrantów, co zapewnia lepsze warunki życia i możliwości rozwoju dla lokalnej ludności. Na przykład, w powiecie Qiaojia znajduje się elektrownia wodna Baihetan, co wiązało się z relokacją i przesiedleniem 48 563 osób. Powiat Qiaojia przekształcił ten obszar przesiedleńczy w nowoczesny, zurbanizowany obszar przesiedleńczy, ulepszył infrastrukturę i obiekty użyteczności publicznej oraz poprawił jakość życia i zadowolenie ludności imigracyjnej.
Elektrownia wodna to nie tylko elektrownia, ale także obiekt przynoszący korzyści. Nie tylko dostarcza krajowi czystą energię, ale także wspiera lokalny rozwój ekologiczny. To sytuacja korzystna dla obu stron, która zasługuje na nasze uznanie i naukę.
2. Podstawowe rodzaje wytwarzania energii wodnej
Do najczęściej stosowanych metod skoncentrowanego zrzutu zalicza się budowę zapór, przekierowanie wody lub kombinację obu tych metod.
Zbuduj tamę na odcinku rzeki o dużym spadku, utwórz zbiornik retencyjny do magazynowania wody i podnoszenia jej poziomu, zainstaluj turbinę wodną na zewnątrz tamy. Woda ze zbiornika przepływa kanałem transportowym (kanałem odwadniającym) do turbiny wodnej w dolnej części tamy. Woda napędza turbinę, która obraca się i napędza generator wytwarzający energię elektryczną, a następnie przepływa kanałem odpływowym do rzeki w dół rzeki. W ten sposób buduje się tamę i zbiornik retencyjny do wytwarzania energii.
Ze względu na dużą różnicę poziomu wody między powierzchnią wody zbiornika wewnątrz zapory a powierzchnią wylotową turbiny hydraulicznej na zewnątrz zapory, duża ilość wody w zbiorniku może zostać wykorzystana do pracy z wykorzystaniem dużej energii potencjalnej, co pozwala na osiągnięcie wysokiego wskaźnika wykorzystania zasobów wodnych. Elektrownia wodna zbudowana metodą zaporową z wykorzystaniem metody skoncentrowanego spadku nazywana jest elektrownią zaporową i składa się głównie z elektrowni zaporowych i elektrowni wodnych typu korytowego.
Utworzenie zbiornika retencyjnego w celu magazynowania wody i podniesienia jej poziomu w górnym biegu rzeki, zainstalowanie turbiny wodnej w dolnym biegu i skierowanie wody ze zbiornika górnego do dolnego biegu poprzez kanał rewizyjny. Przepływ wody napędza turbinę, która obraca się i napędza generator wytwarzający energię elektryczną, a następnie przepływa kanałem odpływowym do dolnego biegu rzeki. Kanał rewizyjny będzie dłuższy i będzie przebiegał przez górę, co stanowi sposób przekierowania wody i wytwarzania energii.
Ze względu na dużą różnicę poziomu wody H0 między powierzchnią zbiornika górnego a powierzchnią wylotową turbiny dolnego, duża ilość wody w zbiorniku pracuje z dużą energią potencjalną, co pozwala na osiągnięcie wysokiej efektywności wykorzystania zasobów wodnych. Elektrownie wodne wykorzystujące metodę dywersji skoncentrowanego ciśnienia wody nazywane są elektrowniami wodnymi typu dywersyjnego, w tym głównie elektrowniami wodnymi typu ciśnieniowego i bezciśnieniowego.
3. Jak osiągnąć „19-krotne ponowne wykorzystanie kropli wody”?
Budowa elektrowni wodnej Nanshan została oficjalnie ukończona i oddana do użytku 30 października 2019 roku. Elektrownia znajduje się na skrzyżowaniu powiatów Yanyuan i Butuo w autonomicznej prefekturze Liangshan Yi w prowincji Syczuan. Całkowita moc zainstalowana elektrowni wynosi 102 000 megawatów. Jest to projekt hydroelektrowni, który kompleksowo wykorzystuje naturalne zasoby wody, energię wiatru i energię słoneczną. Najbardziej rzucającą się w oczy cechą jest to, że elektrownia nie tylko wytwarza energię elektryczną, ale także osiąga najwyższą efektywność wykorzystania zasobów wodnych dzięki zastosowaniu zaawansowanych technologii. Wielokrotnie zużywa kroplę wody 19 razy, wytwarzając dodatkowe 34,1 miliarda kilowatogodzin energii elektrycznej, dokonując licznych cudów w dziedzinie energetyki wodnej.
Po pierwsze, elektrownia wodna Nanshan wykorzystuje wiodącą na świecie hybrydową technologię wytwarzania energii wodnej, która kompleksowo wykorzystuje naturalne zasoby wodne, energię wiatru i energię słoneczną, a także osiąga systematyczną optymalizację i współpracę za pomocą środków technologicznych, co pozwala na osiągnięcie zrównoważonego rozwoju.
Po drugie, elektrownia wodna wykorzystuje najnowocześniejsze technologie, takie jak analiza dużych zbiorów danych, sztuczna inteligencja i Internet Rzeczy (IoT), aby precyzyjnie zarządzać różnymi aspektami, takimi jak parametry jednostki, poziom wody, ciśnienie i przepływ wody, w celu poprawy sprawności operacyjnej elektrowni. Przykładowo, dzięki zastosowaniu technologii automatycznego śledzenia i regulacji stałego ciśnienia ciśnienia, turbina wodna maksymalizuje wykorzystanie zasobów wodnych, zapewniając jednocześnie bezpieczną pracę, realizując cel optymalizacji i zwiększenia wytwarzania energii poprzez optymalizację ciśnienia. Jednocześnie, gdy poziom wody w zbiorniku jest niski, elektrownie wodne wdrażają dynamiczny system zarządzania zbiornikiem, aby spowolnić tempo jego opadania, poprawić efektywność recyklingu i efektywnie zwiększyć zdolność produkcyjną energii.
Niezbędna jest również doskonała konstrukcja elektrowni wodnej Nanshan. Zastosowano w niej turbinę wodną PM (turbinę Peltona-Michela), która charakteryzuje się tym, że podczas natryskiwania wody na wirnik, pole przekroju poprzecznego dyszy oraz natężenie przepływu w kierunku wirnika można regulować poprzez obrót, dopasowując kierunek i prędkość strumienia wody do kierunku i prędkości obrotowej wirnika, maksymalizując w ten sposób wydajność wytwarzania energii. Ponadto zastosowano zaawansowane technologie, takie jak wielopunktowy natrysk wody oraz dodatkowe sekcje obrotowe, co znacznie poprawia wydajność wytwarzania energii.
Elektrownia wodna Nanshan wykorzystuje również unikalną technologię magazynowania energii. W obszarze gromadzenia wody zainstalowano zestaw awaryjnych urządzeń odwadniających. Dzięki zbiornikowi retencyjnemu zasoby wodne można podzielić na różne okresy, realizując wiele funkcji, takich jak produkcja wody i przesył energii, a także zapewniając ekonomiczne i bezpieczne wykorzystanie zasobów wodnych.
Ogólnie rzecz biorąc, elektrownia wodna Nanshan osiągnęła cel „ponowne wykorzystanie 19 razy większej ilości wody niż kropla wody” dzięki różnym czynnikom, takim jak wiodąca na świecie hybrydowa technologia wytwarzania energii wodnej, zastosowanie najnowocześniejszych technologii, efektywne mechanizmy zarządzania, doskonała konstrukcja oraz unikalna technologia magazynowania energii. To nie tylko przynosi nowe pomysły i modele rozwoju energetyki wodnej, ale także stanowi pożyteczne demonstracje i inspirację dla zrównoważonego rozwoju chińskiego sektora energetycznego.
Czas publikacji: 14 sierpnia 2023 r.
