首页 >> 专题报道 >> 大坝之问 >> 第1部分 为什么要建大坝
水能是回报率最高的能源
发布时间: 2011-01-17

  筑坝用于防洪和灌溉是保护家园和农业生产的需要,在工业革命以后,人们发现天然水流和大坝蓄水中蕴藏着巨大的能量,而这种能量可以转化为电能得以更广泛的应用。从此以后,大坝不仅仅用来防洪和灌溉,对于条件许可的地方还可以利用大坝蓄水发电,后来许多大坝都兼有三者的功能。由于水力发电的巨大吸引力,甚至在一些地方专门建造大坝来发电。

  位于英国诺森伯兰的克拉格赛德是世界上第一座被水电照亮的建筑。1882年9月30日,世界上第一座商用水电站在美国威斯康辛州的Appleton成功开始运行,装机约12.5千瓦。1910年,中国近代实业家王鸿图等在云南昆明市郊螳螂川上建成了我国第一座水电站——石龙坝水电站,最初装机容量仅为480千瓦。

  人们所以青睐水电,不仅由于它是用之不尽的能源,而且是经济上最划算的能源,其能源回报率也最高。能源回报率是指一个发电站在运行期内发出的电力与它在建设期、运行期为维持其建设、运行所消耗的所有电力的比值。如以一个火力发电厂为例,建设期和运行期所消耗的所有电力既包括直接能源消耗,如机械设备运行、照明耗能等,也包括建筑材料、煤炭消耗、制造、运输等过程的耗能。按照这一定义可估算出各种能源开发方式的能源回报率:水电在170以上,远高于风电的18~34,生物能的3~5,太阳能的3~6,核电的14~16和传统火力发电的2.5~5.1。发达国家凭借资金、技术和市场机制等多方面的优势,比发展中国家早30多年优先完成了本国水电的开发任务。

  在过去的100多年时间里,水电发展十分迅猛,截至2008年,全世界水电装机容量8.87亿千瓦,年发电量3.35万亿千瓦时,占全部电力供给的20%。在有些国家,主要靠水电提供动力,有55个国家一半以上的电力由水电提供,其中24个国家这一比重超过90%。到2009年底,我国全国水电装机容量达到了1.96亿千瓦,年发电量5717亿千瓦时。

  
  水力发电的基本原理

 

  当水由高处流向低处时,利用水流带动水轮机,继而带动发电机进行发电,将势能转换为电能。这就是水力发电的基本原理。除了利用天然水流的水能进行发电外,我们还可以在用电低谷时将水抽到高处,将电能转换为水的势能,在用电高峰时再用这些水来发电,这就是抽水蓄能电站。

  一个水电站的装机容量和发电量是怎么算出来的?在开发河川的水电时,一般都必须首先修建拦河坝。如图所示,河面上A、B两点的水位差H称为水电站的“水头”。水流集中之后,通过压力水管向水轮机供水,水压力推动水轮机在电磁线圈中转动,产生交流电。从而完成了势能——动能——电能的转换。当流量为Q,则单位时间内水头总势能E=QpgH。式中p为水的密度,每立方米1000千克,g为重力加速度,每千克9.8牛顿。因此,水轮发电机组的输入功率为W=9.8QH。因为在整个能量转换过程中不可避免地存在着各种能量损失,所以实际水电站的输出功率需要乘一个水力发电效率系数。大型水电站高达90%以上。

  一般水电站都安装有一台或者多台发电机组。每台发电机组,都有自己的设计最大功率,称之为单机容量。随着机械制造业和技术的发展,20世纪80年代最大的水轮发电机的单机容量已超过了70万千瓦。三峡电站采用的就是这种大型水轮发电机,该水轮机直径超过10米。一个水电站的装机容量就是该电站所有水轮发电机的单机容量之和。例如三峡电站的总装机容量为2250万千瓦,包括32台70万千瓦机组,和供机组自用电的2台5万千瓦机组。而这里讲的装机容量就是一个电站单位时间内最大的发电能力。

  实际电站的发电量受到河流流量的限制。中国河流水量季节性强。在枯水期,由于水量不够,通常只有少量机组在工作。另外在洪水期,水库为了防洪,也不可能把所有来水储备起来,以备枯水期使用。这样算下来,中国水电站水轮机组年平均发电一般只有4000~5000小时。例如,三峡电站的年均设计发电量为847亿千瓦时,不到三峡年最大发电能力1971亿千瓦时的一半。

  

  三峡电站累计发电量突破4000亿千瓦时

  截至2010年7月9日,三峡电站累计发电量突破4000亿千瓦时。

  三峡电站共设计安装32台70万千瓦的水轮发电机组,其中左岸电站14台,右岸电站12台,地下电站6台。2003年7月,三峡电站首台机组投产。2008年,三峡左右岸电站26台机组全部投产发电。


 

 

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