书城科普青少年应该知道的能源
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第4章 水中力量——水能

1.绿色之能——水能

从遥远的太空中俯瞰地球,我们的家园是一颗蓝色的星球。在这个星球上,表面却覆盖着7/10的水。水为我们的生活带来了不胜枚举的诸多好处,但是行色匆匆的人们很少注意到:其实水也是一种取之不尽,用之不竭的绿色能源。

水能是一种可再生能源,属于清洁能源。水在流动的过程中能产生动能,因此被人们加以利用就变为了能源。

什么是水能?水能就是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。

广义的水能资源包括的范围很广,滔滔的河流、大海潮起潮落、惊涛拍岸、沧海横流,这些都能找到水能的身影;狭义的水能资源指滚滚向前的河流的水能资源。

水能和煤、石油、天然气都是常规能源,属于一次能源。

水不仅可以直接被人类用来洗衣、做饭和饮用,它还是能量的载体。太阳能驱动地球上水循环,使它持续地从海上蒸发,变成水蒸气,然后流动到陆地上空,遇冷凝结成雨,降落到地面上,汇入小溪,流到江河,归入大海。地表水的流动是重要的一环,在落差大、流量大的地区,这些水就蕴涵着丰富的水能资源。

随着矿物燃料的日渐减少,水能是非常重要且前景广阔的替代资源。就目前而言,世界上的水能源利用主要是用来发电,而且水力发电在全世界正处于快速上升的发展阶段,尤其在非洲大陆遍地开花。

河流、潮汐、波浪以及涌浪等水运动均可以用来开发水能。水力发电就是运用水的势能和动能转换成电能来发电的方式。以水力发电的工厂称为水力发电厂,简称水电厂,又称水电站。

在水能变为电能的过程中,水从高处流向低处,产生落差;落差越大,水的势能也越大。水的落差在重力作用下流动,随之水的势能也就相应转化为动能。水从河流或水库等高位处向低位处流动,水的压力或者流速冲击水轮机,使水轮机高速旋转,从而将水的动能转化为水轮机的机械能;然后再由水轮机带动发电机旋转,切割磁感线,把水轮机的机械能转化为电能,产生交流电。

2.左右逢源——我国水能资源的特点

我国河流湖泊纵横,水能资源非常丰富,水能利用率在全国资源中占有很大比重。这种得天独厚的自然条件,造就和形成了我国的水能资源具有自己鲜明的个性和独有特点。

1.我国拥有世界第一的水能资源储蓄量,但只开发利用了其中的1/4.

2.我国水能资源西部多,东部少,相对集中在西南地区,而经济发达、能源需求大的东部地区水力资源极少。

3.大多数河流年内、年际流分布不均,汛期和枯水期差距大。

4.水能资源主要集中于大江大河,有利于集中开发和往外运送。

最新综合评估显示,我国水能资源理论蕴藏量近7亿千瓦,占常规能源资源量的40%。其中,经济可开发容量近4亿千瓦,年发电量约1.7亿千瓦,是世界上水能资源总量最多的国家。

知识小百科

你知道世界上最大的3个水电站吗?

当今世界上,最大的3个水电站分别是三峡水电站、伊泰普水电站和溪洛渡水电站。其中,在这3大水电站中,我国就占了两个。

1.世界第一大水电站:三峡水电站

三峡工程全称是“长江三峡水利枢纽工程”。1994年12月14日,三峡工程在前期准备的基础上正式开工建设。三峡工程分三期,加上输变电工程,静态投资近1200亿元,总工期17年。

三峡工程是中国,也是世界上最大的水利枢纽工程,是治理和开发长江的关键性骨干工程,具有防洪、发电、航运等综合效益,总装机容量1820万千瓦。电站采用坝后式布置方案,全线高程185米,设计安装26台70万千瓦发电机组。其中,左岸电站14台、右岸电站12台。

三峡工程正常蓄水至175米时,三峡大坝前形成一个世界上最大的水库淹没区,从而形成库容为393亿立方米的河道型水库,可调节防洪库容达221.5亿立方米,能有效地拦截宜昌以上来的洪水,大大削减洪峰流量,使荆江地区的防洪标准由目前的10年一遇提高到100年一遇,并增加武汉市防洪调度的灵活性。

2.世界第二大水电站:伊泰普水电站

伊泰普大坝建在流经巴西和巴拉圭两国之间的巴拉那河上,全长7744米,高196米。自上世纪70年代两次电力能源危机后,巴西政府决定同巴拉圭政府联合建造当时世界上最大的水电站。大坝于1975年10月开始建造,直到1982年才竣工,共耗资200亿美元。大坝建成后的水库沿河延伸达161千米,形成深250米、面积达1350平方千米、总蓄水量为290亿立方米的人工湖。自1990年改进以后,伊泰普水电站18台水轮机组发电量高达1260万千瓦。

伊泰普水电站生产的电能由巴西与巴拉圭两国分享,它不仅能满足巴拉圭全部用电需求,而且能供应巴西全国30%以上的用电量。圣保罗、里约热内卢、米纳斯吉拉斯等主要工业区38%的电力来自伊泰普水电站。

3.世界第三大水电站:溪洛渡水电站

溪洛渡水电站是我国仅次于三峡工程的又一世界级巨型水电站,前期准备工程于2003年8月动工,主体工程于2005年正式开工建设。它是一座以发电为主,兼有拦沙、防洪和改善下游航运条件等综合效益的水电工程,是金沙江上即将升起的一颗璀璨的明珠。大坝采用混凝土双曲拱坝,坝高276米,是世界最高大坝。工程静态投资459.28亿元,动态投资792.4亿元,18台70万千瓦发电机组总装机容量1260万千瓦,年平均发电量571.2亿度,建设工期15年零2个月。

电站总库容115.7亿立方米,建成后能拦截三峡库区泥沙入库量的62.4%,从而有效减少三峡库区的泥沙淤积。溪洛渡水库防洪库容为43亿立方米,如果与三峡水库联合调洪,可有效提高下游沿江城市的防洪标准。

溪洛渡水电站既是国家实施西部大开发战略的重大举措,同时又对缓解我国经济高速发展中日益突出的电力紧张问题,对有效改善国家电源结构,促进东、中、西部优势互补、协调发展等方面具有十分重大的意义。