第375章 水力發電
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【解決了發電機的有無問題,那麽發電就隻剩提供充足的旋轉動力了。
理論上,自然界中所有的動力和可以轉化為動力的能源,在經過人為改造滿足一定條件後都能作為發電機的動力。
在後世能源利用技術有了長足進步後,像風力、水力、潮汐力,甚至是太陽發出的光熱,都能作為發電的動力或能源。
火力發電這種明顯成本高,消耗大的發電方式,之所以到後世時依然能占據高達七成的發電量,其一在於不受天氣、季節等因素影響,發電可以一直維持穩定,其二在於火力發電輸出的動力足夠大,足以支撐大規模發電機組運轉,單機容量可達百萬千瓦級別。
但它的缺點也很明顯。
就像方才提到的成本大,消耗的不可再生能源太多。
中國的煤炭資源儲量雖然極其龐大,已探明的煤炭儲量占據全球第四,但煤炭是古代植物死後在特定地質作用下經過數百萬年甚至數億年的時間才能形成。
煤炭的生成速度顯然趕不上人類的消耗速度,所以現存於世的不可再生能源用一點少一點。
所以用長遠發展的眼光來看,盡可能多地利用自然力和清潔能源去發電,才是為長遠計的大勢所趨。
從發電效率和技術難易來看,水力發電優勢明顯,也是工業化和尋求農業突破的必經之路。
水力發電利用上下遊巨大的水位落差,在重力勢能下將水流的機械能轉化為電能。
而水電站的水輪發電機結構,在各種各樣的發電機組中算的上是最簡單的了。
一個連接發電機轉子的水輪,一個圍繞水輪的螺旋型引水道,就這麽兩個基本結構就能驅動發電機發電。
水輪的葉片與蒸汽輪機的葉片類似,也是帶有扭曲結構,可以使得水流撞擊在上麵造成足夠的力。
就是引水和用水,技術上沒太大的難度。
但水電站真正的主體,也是建造最困難的地方,還得是大壩本身。
水電站大壩主要作用是攔截水流,抬高水位,形成水庫,為發電提供水力和水量。
常見的大壩類型有土石壩、重力壩、拱壩等。
它們的建造原理相差其實不算太大,首先都是預先選定地形、地質、水量都符合條件的河道。
地形都得盡量選擇河穀相對狹窄的地方,大壩的跨度越小,壩體工程量和建設成本也就越小。
兩岸陡峭且山體穩定的地形,能為大壩提供良好的支撐,建造時將大壩像個楔子一樣插進河穀兩側山石之中,這樣可使大壩承受的水平推力可更好地傳遞到兩岸山體。
再是地質選擇要求。
壩址都需選擇地質構造穩定、岩石堅硬完整的地方,盡量避免斷層、溶洞、軟弱夾層等不良地質區域。
確保遇到輕微程度地震災害時大壩依然穩固,並防止壩基滲漏、變形等問題。
再是河流年徑流量需達到一定規模,以保證大壩建成後水庫有充足水源,滿足供水、發電、灌溉等綜合利用需求。
流量的季節性變化也不能過於劇烈,相對平穩的流量過程利於大壩調度運行。
若洪水期流量過大,枯水期流量過小,大壩的安全和供水就會受直接影響。
尤其北方一些河流,年降水量僅在四百至八百毫米左右,冬季枯水期流量過小,可能無法滿足下遊生活和工業用水需求,還會影響大壩冬季發電出力。
而南方因為季風特點降雨量大,降水持續時間長,強度大,並且位於下遊,有更多的支流匯聚,為河流帶來豐富水源,使洪水期較長,規模較大。
既要河流流量,又要保證大壩能抗住洪水期,所以近現代大壩都會選擇更加堅固可靠的拱形壩和重力壩。
像結構不夠堅固,內部也不容易進行水電改造的土石壩,則基本已經被淘汰不再建造新的。
拱壩是一種主要依靠拱的作用將水壓力等荷載傳遞到兩岸山體的壩型。
它在平麵上呈拱形,凸向上遊,水壓力等荷載通過拱的作用大部分傳遞給兩岸的基岩,少部分通過壩體自重傳遞給壩基,利用拱和基岩的共同作用來維持穩定。
相較於重力壩,拱壩的厚度相對較薄,一般是根據地形、地質條件和荷載大小等因素來確定壩體厚度,通常頂部較薄,底部較厚。
重力壩的壩體則通常比較厚實,一般由混凝土或漿砌石等材料建成,具有較大的體積和重量,以提供足夠的重力來抗衡水壓力。
從壩體的橫剖麵看,多呈三角形,上遊麵垂直或略向上遊傾斜,下遊麵則向下遊傾斜,這種形狀有助於將水壓力等荷載更好地傳遞到地基。
不過由於需要依靠自身重量維持穩定,壩體會非常大,混凝土或砌石用量多,導致建造成本會比較高。
與之相應的重力壩的質量會非常可靠,作用也非常大。
如中國的三峽大壩,是當今世界最大的水利樞紐工程之一。
其重力壩壩頂高達一百八十五米,最大壩高一百八十一米,壩頂長度三千三百三十五米,壩體總混凝土量達一千六百一十萬立方米。
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正常蓄水位到一百七十五米時,水庫總庫容三百九十三億立方米,其中防洪庫容二百二十一億立方米。
是長江防洪體係的關鍵工程,可有效攔蓄洪水,削減洪峰流量,保護中下遊地區,如江漢平原、洞庭湖平原等免受洪水威脅,減少洪水造成的人員傷亡和財產損失。
同時三峽大壩是世界上最大的水電站之一,共安裝三十二台七十萬千瓦水輪發電機組和兩台五萬千瓦電源電站機組,總裝機容量兩千兩百五十萬千瓦。
年發電量可達一千億千瓦時左右。
按照2023年中國全國人均生活用電量接近一千瓦時來算,三峽一年的發電量大約能滿足一億人一年的生活用電。
另外因為三峽的蓄水量龐大,使原本崎嶇不平有落差不能通航的河道,能夠被蓄起來的水變成通途。
甚至萬噸級船隊可從上海直達重慶,使長江成為更高效的黃金水道,促進了長江流域的內河航運發展,推動區域經濟交流與合作。
而且三峽大壩雖然那麽高,但它卻不會阻斷上下遊的通航。
大壩內部設有雙線五級船閘和垂直升船機。
升船機就像是一段段階梯,船隻每往前一個階梯,後麵階梯就會關閘,前麵階梯就會開閘,並放出更多的水抬高船隻。
如此反複,隻需借助水的浮力,並解決開關閘所需的動力,船隻就能暢通無阻通過落差一百多米的三峽。
總之兼顧發電能力的大壩,在防洪、發電、航運、蓄水灌溉等方麵發揮著巨大作用,是國家發展無法繞過的基礎建設需求。】
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