Как можно использовать одну каплю воды 19 раз? Статья раскрывает тайны гидроэнергетики.
Гидроэнергетика долгое время являлась важным средством электроснабжения. Реки протекают на протяжении тысяч километров, неся в себе огромную энергию. Разработка и использование энергии природных вод для производства электроэнергии называется гидроэнергетикой. Процесс гидроэнергетики фактически представляет собой процесс преобразования энергии.
1. Что такое гидроаккумулирующая электростанция?
Гидроаккумулирующие электростанции в настоящее время являются наиболее технологически зрелым и стабильным методом хранения энергии большой емкости. При строительстве или использовании существующих двух водохранилищ образуется перепад высот, и избыток электроэнергии из энергосистемы в периоды низкой нагрузки перекачивается на возвышенности для хранения. В периоды пиковой нагрузки электроэнергия вырабатывается путем сброса воды, что позволяет создать так называемый «сверхмощный энергобанк».
Гидроэлектростанции — это сооружения, использующие кинетическую энергию потока воды для выработки электроэнергии. Обычно их строят на высоких водопадах рек, используя плотины для перехвата потока воды и образования водохранилищ, которые затем преобразуют энергию воды в электричество с помощью водяных турбин и генераторов.
Однако эффективность выработки электроэнергии на одной гидроэлектростанции невысока, поскольку после прохождения воды через станцию остается много неиспользованной кинетической энергии. Если несколько гидроэлектростанций соединить последовательно, образовав каскадную систему, можно многократно активировать капли воды на разной высоте, тем самым повысив эффективность выработки электроэнергии.
Какие преимущества дают гидроэлектростанции помимо выработки электроэнергии? На самом деле, строительство гидроэлектростанций также оказывает важное влияние на местное экономическое и социальное развитие.
С одной стороны, строительство гидроэлектростанций может стимулировать развитие местной инфраструктуры и промышленности. Строительство гидроэлектростанций требует значительных трудовых, материальных и финансовых инвестиций, что создает рабочие места и рыночный спрос, способствует развитию соответствующих производственных цепочек и увеличивает местные налоговые поступления. Например, общий объем инвестиций в проект гидроэлектростанции Удундэ составляет около 120 миллиардов юаней, что может стимулировать региональные инвестиции в размере от 100 до 125 миллиардов юаней. В период строительства среднегодовой прирост занятости составляет около 70 000 человек, что формирует новую движущую силу для местного экономического роста.
С другой стороны, строительство гидроэлектростанций может улучшить местную экологическую обстановку и благосостояние населения. Строительство гидроэлектростанций должно не только соответствовать строгим экологическим стандартам, но и включать в себя восстановление и защиту окружающей среды, разведение и выпуск редких видов рыб, улучшение речных ландшафтов и содействие биоразнообразию. Например, с момента ввода в эксплуатацию Удундской гидроэлектростанции было выпущено более 780 000 мальков редких видов рыб, таких как карп-спиннер, белая черепаха, длинный тонкий вьюн и карп-басс. Кроме того, строительство гидроэлектростанций также требует переселения и адаптации иммигрантов, что обеспечивает лучшие условия жизни и возможности развития для местного населения. Например, в уезде Цяоцзя расположена Байхэтаньская гидроэлектростанция, в результате строительства которой было переселено 48 563 человека. Уезд Цяоцзя преобразовал зону переселения в современный урбанизированный район, улучшил инфраструктуру и объекты общественного обслуживания, а также повысил качество жизни и уровень благосостояния иммигрантского населения.
Гидроэлектростанция — это не просто электростанция, а предприятие, приносящее пользу стране. Она не только обеспечивает страну чистой энергией, но и способствует экологически чистому развитию региона. Это беспроигрышная ситуация, заслуживающая нашего внимания и изучения.
2. Основные виды гидроэнергетики
К наиболее распространенным методам концентрированного сброса воды относятся строительство плотин, отвод воды или их комбинация.
Постройте плотину на участке реки с большим перепадом высот, создайте водохранилище для хранения воды и повышения уровня воды, установите водяную турбину за пределами плотины, и вода из водохранилища будет по водоотводному каналу (отводному каналу) поступать к водяной турбине в нижней части плотины. Вода приводит в движение турбину, вращая её и приводя в действие генератор для выработки электроэнергии, а затем по отводному каналу поступает в реку ниже по течению. Вот как построить плотину и водохранилище для выработки электроэнергии.
Благодаря большой разнице уровней воды между поверхностью водохранилища внутри плотины и выходной поверхностью гидравлической турбины за пределами плотины, большое количество воды в водохранилище может быть использовано для работы за счет большой потенциальной энергии, что позволяет достичь высокой степени использования водных ресурсов. Гидроэлектростанция, построенная с использованием метода концентрированного перепада высот при строительстве плотины, называется гидроэлектростанцией плотинного типа и в основном состоит из гидроэлектростанций плотинного типа и гидроэлектростанций руслового типа.
Создание водохранилища для хранения воды и повышения уровня воды в верхнем течении реки, установка водяной турбины в нижнем течении и отвод воды из верхнего водохранилища к нижней турбине через отводной канал. Поток воды приводит в движение турбину, которая вращается, а затем генератор вырабатывает электроэнергию, после чего вода по отводному каналу поступает в нижнее течение реки. Отводной канал будет длиннее и пройдет через горы, что является способом отвода воды и выработки электроэнергии.
Благодаря большой разнице уровней воды H0 между поверхностью водохранилища выше по течению и поверхностью выходного отверстия турбины ниже по течению, большое количество воды в водохранилище использует большую потенциальную энергию, что позволяет достичь высокой эффективности использования водных ресурсов. Гидроэлектростанции, использующие метод отвода воды с концентрированным напором, называются гидроэлектростанциями отводного типа и включают в себя гидроэлектростанции напорного типа и гидроэлектростанции без напорного типа.
3. Как добиться «19-кратного повторного использования капли воды»?
Известно, что Наньшаньская гидроэлектростанция была официально завершена и введена в эксплуатацию 30 октября 2019 года. Она расположена на границе уездов Яньюань и Буто в Ляншаньском Ийском автономном округе провинции Сычуань. Общая установленная мощность гидроэлектростанции составляет 102 000 мегаватт. Это гидроэнергетический проект, комплексно использующий природные водные ресурсы, энергию ветра и солнечную энергию. Самое впечатляющее заключается в том, что эта гидроэлектростанция не только вырабатывает электроэнергию, но и достигает максимальной эффективности использования водных ресурсов с помощью технологических средств. Она многократно использует одну каплю воды 19 раз, создавая дополнительно 34,1 миллиарда киловатт-часов электроэнергии, что является настоящим чудом в области гидроэнергетики.
Во-первых, Наньшаньская гидроэлектростанция использует передовую в мире гибридную технологию гидроэнергетики, которая комплексно задействует природные водные ресурсы, энергию ветра и солнечную энергию, обеспечивая систематическую оптимизацию и взаимодействие посредством технологических средств, тем самым способствуя устойчивому развитию.
Во-вторых, гидроэлектростанция внедряет передовые технологии, такие как анализ больших данных, искусственный интеллект и Интернет вещей, для точного управления различными аспектами, такими как параметры энергоблока, уровень воды, напор и расход воды, с целью повышения эффективности работы гидроэлектростанции. Например, благодаря внедрению технологии автоматического отслеживания и регулирования постоянного напора, водотурбинно-генераторный агрегат максимально эффективно использует водные ресурсы, обеспечивая при этом безопасную работу, достигая цели оптимизации и увеличения выработки электроэнергии за счет оптимизации напора. В то же время, при низком уровне воды в водохранилище, гидроэлектростанции создают динамическую систему управления водохранилищем, чтобы замедлить темпы снижения уровня воды, повысить эффективность рециркуляции и эффективно увеличить мощность выработки электроэнергии.
Кроме того, неоценимую роль играет и превосходная конструкция Наньшаньской гидроэлектростанции. В ней используется водяная турбина с постоянными магнитами (турбина Пелтона-Мишеля), особенностью которой является возможность регулирования площади поперечного сечения сопла и расхода воды, подаваемой на рабочее колесо, путем вращения, что позволяет согласовывать направление и скорость распыления воды с направлением и скоростью вращения рабочего колеса, максимально повышая эффективность выработки электроэнергии. Кроме того, были внедрены передовые технологии, такие как технология многоточечного распыления воды и добавление вращающихся секций, что значительно повысило эффективность выработки электроэнергии.
Наконец, на Наньшаньской гидроэлектростанции также применяется уникальная технология хранения энергии. В зоне водосбора был установлен комплекс аварийных водоотводных сооружений. Благодаря водохранилищу водные ресурсы могут быть разделены на различные временные периоды, что позволяет выполнять множество функций, таких как производство воды и передача электроэнергии, обеспечивая экономичное и безопасное использование водных ресурсов.
В целом, достижение Наньшаньской гидроэлектростанции цели «19-кратного повторного использования капли воды» обусловлено различными факторами, включая передовую в мире технологию гибридной гидроэнергетики, применение современных технологий, эффективные механизмы управления, превосходный дизайн и уникальную технологию хранения энергии. Это не только открывает новые идеи и модели для развития гидроэнергетики, но и служит полезным примером и источником вдохновения для устойчивого развития энергетической отрасли Китая.
Дата публикации: 14 августа 2023 г.
