从历史的角度出发,看水力发电如何在能源局势上经久不衰

发电技术畅想 2023-12-04
4642 字丨阅读本文需 11 分钟

水力发电未来会成为拯救世界用电的伟大发明吗?如果我们从历史的角度出发,你会发现不论能源局势如何演变,水能的应用在全球范围内都处高临深。

水能源发展

水能的应用,不论是中国还是外国,都有悠久的历史,有趣的是,中国和外国,都统一成用水能驱动水车的用法,几乎都用来灌溉或当磨坊动力,如果不是工业革命的发展,或许很长一段时间,水能都只应用在这些小事上。

经历了工业革命时代后,蒸汽机越发难以满足日常生产生活的能量供应,人们开始对驱动能源,进行深层次的探讨发掘,需要这种能源具有优秀的精度、可控性和便利性。

于是电,出现在了被定好的历史轨道里,关于电的故事,我们简单过一下。

本杰明·富兰克林作为电的发现者,让电出现在物理学中,在后续研究上,丹麦物理学家奥斯特发现了,电流的磁感效应,而关键人物,电学之父迈克尔·法拉第,则被电磁感应效应所启发,认为电能生磁,那磁或许也能生电。

经过10年研究,1831年,法拉第终于试验成功,揭示了电磁学的基本原理,电磁感应,从此,磁力发电被众多科学家深入研究。

1832年,法国的皮克希发明出一台手摇式发电机原型机,有人会问,这个跟本期的水能应用有什么关系,别急,另一个关键人物马上登场。

电力资源匮乏的19世纪,家用照明可以采用当时昂贵的电弧灯,但想要用电照明,只能靠家庭自身发电,一个叫威廉·阿姆斯特朗的英国实业家,开创性地利用了水能,配合手摇发电机发电。

威廉·阿姆斯特朗是一个浪漫,且富有创造力的实业家,他追求绝对的先进便利生活,与建筑师理查德·诺曼·肖,在罗斯伯里外的一座小山上,建造著名豪宅克拉格塞德,这座房子不仅以奢华而著名,更妙的是,威廉·阿姆斯特朗给房子配备了各种奇妙的发明。

如水力洗衣机、液压升降机等,为了给这些机器提供动力,他甚至在罗斯伯里地区修建了小型水坝,为机器提供动能。

真正的奇迹发生在1878年,或许是灵感突然造访威廉·阿姆斯特朗,他认为手摇发电机这样的天才发明,如果能跟源源不绝的水流配合,是否能将人力解放出来,不停止的发电。

他的想法很快被行动力证实,家里的弧光灯被水电系统点亮时,一些工业创造的灵感造访了世界。

1880年,在密歇根大急流水段,有了连续多年的商业型水力发电。

1882年,爱迪生在威斯康星州阿普尔顿建立水力发电系统,这被认为是世界上最早的水电站,属于整个世界的水电时代,也拉开帷幕。

但也查到这样的资料,说明世界上第一个真正意义上的公共水电站,是1878年在法国建成的,故事与说明很少,只是在《水力发电工程》这本书上有简短的提及,所以我们不做过多的讨论。

中国水电

说来惭愧,中国第一个水电站,竟不是中国人自主修建,而是法国人牵头确定。

1895年,光绪帝在位时,甲午战争后,法国强迫腐朽的清政府,签订了一系列不平等条约,而在滇越铁路建成后,法国胁迫清政府签订了《中法续议界务商务专条》的专项条款,取得将越南铁路延伸入中国境内的修筑权,为了解决铁路运营的电力问题,法国人在擅自进入云南,考察铁路修建环境时,也对蝗螂川地形进行过考查,并暗自选定石龙坝,作为未来对火车供能的电厂地址,一个针对清政府的迷幻棋局,落下了关键一子。

直到1908年,滇越铁路即将通车前,法国外交部驻云南府交涉员公署,才不疾不徐地提出,要修建发电站的要求,这无疑打了清政府一个措手不及,这个棋局一直法国人排布,猛然入局的清政府,陷入了迷魂阵。但云南主张实业救国的各界人士,对法国想修建水电厂的要求表示反对,电厂可以建,这个事必须由中国人自己操作,技术与运营都要中国自己做主。

于是1909年,云贵总督李经羲找到云南商会总理王鸿图磋商,王鸿图对自主修建水电厂的事深以为然,随即主持成立“商办耀龙电灯股份公司”,预备进行电厂的建设,次年6月,德国工程师实地勘察,7月正式鸣炮开工,并将发电机组运往现场,8月21日,石龙坝水电站正式开工建设。

1912年4月,石龙坝发电厂建成,并投入运行发电,作为云南省的第一家民族工业企业,电站的建成作用是巨大的,不仅推动了当地工业发展,也培养了中国最早的电业产业工人队伍,形成一整套充满中国特色的电力建设、生产管理制度,为后来的电力发展,奠定坚实基础。

虽然石龙坝电站在抗日战争时期,4次遭遇轰炸,仍旧在夹缝中生存,为当时的抗战完成了供电任务。石龙坝水电站,经过7次扩建,无数次修葺,一直骄傲的矗立在中国历史的长河里。

2018年1月27日,石龙坝水电站入选中国工业遗产保护名录(第一批)名单,同年11月,入选第二批国家工业遗产名单。

2021年,电站复建第二车间,安装了320千瓦立式水轮发电机组,复建完成后,总装机为7360千瓦,为当地提供充足的电力。

而正是因为有历史的映照,表明了对中国这样的发展中国家,水电工程建设能带动经济发展,才会驱使新中国在成立之后,迅速投入水电站的建设,不过彼时新中国百废待兴,水电站也只是在,龙溪河、古田溪、永定河等,中小型河流开发规划,建立起可以满足当地发展需求的中小型电站而已。

但这股颓势,很快在新中国的发展中被推翻,国民经济的发展,华中地区工农业发展迅速,生产生活用电量飞涨,电力供应矛盾凸显,为了解决该地区的用电需求,开发利用钱塘江水能资源发电,被提上了日程,新安江水电站就是在这样的时代背景下,震撼亮相。

新安江水电站是针对当地需求而建,从勘察到修建再到发电,一直坚持着,“独立自主 自力更生”的方针,成为新中国第一座自行设计,自制设备,自己施工建造的大型水利发电站,也是我国第一座百米高的混凝土重力坝。

新安江水电站的出现,不仅仅解决了当时华中地区的用电问题,也对当地的水文调节起到至关重要的作用,同时,新安江水电站也为国家建设大型水电站,积累了宝贵经验,对后续许多大型水电站的建设,起到技术参考的作用,而跟新安江水电站发展的同期,还有一座中国水电的丰碑拔地而起,刘家峡水电站。

刘家峡水电站是中国首座百万千瓦级水电站,对于中国水电发展来说,是真正意义上的里程碑,刘家峡水电站不仅仅是为了水力发电,由于在黄河干流上建立,同时兼有防洪、灌溉、防凌、养殖等综合利用价值,在建成初期,其年发电量高达57亿度,比解放初期全国一年的发电量还多。

截至2022年3月31日,刘家峡水电站累计发电量2587亿千瓦时,相当于节约燃煤9040.5万吨,减少二氧化碳排放23686万吨,减少二氧化硫排放77万吨,在节能减排方向,可谓是教科书般的存在。

新安水电站和刘家峡水电站的成功,让中国看到了水电工程的未来,而这份对水电的自信,不仅因为中国水资源雄厚,有足够的底气开发,更是因为水力发电相对成本更低更环保,这对于走可持续发展路线的中国来说,可以说是最优解。

随后我国分别建立起更多百万千瓦级水电站,解决了全国大部分地区的电力困局,中国水电的发展,一步步走向高潮,这个高潮,就是曾经震惊了世界的三峡大坝。

三峡大坝作为放之世界都属塔尖的工程,决定立项之时就遭受各方压力,作为中国历史上最大的水利工程,投票决定是否立项时,也只是勉强得到三分之二的支持,甚至还有一大部分人弃票。

在万事不够明朗的当时,很多人不敢对这个超级项目有任何想象,因为从那个时候的条件勘察来说,三峡大坝要真正的修建,牵扯到方方面面问题,文物保护、环境保护、物种资源,三峡移民、地质变化、气候影响、水文影响等,还有许多长远影响,甚至在当时没有办法通过技术建模预测。

但中国人的智慧与胸襟,是无穷的,把一切复杂的大问题,分解成多个小问题,逐一击破,也能达到最终目的。

当时第一大难点,在于三峡地区移民,百万人动迁到别处生活,是一个极大工程,不仅要考虑安置地,还要尽可能减少动迁,对于群众的生活损耗,中国人一步一个脚印,追求踏实的人生哲学,在这件事上得到了应用。三峡工程采取,“一级开发、一次建成、分期蓄水、连续移民”的建设方案,三峡移民搬迁安置分四期完成,即蓄水位一期90米,二期135米,三期156米,四期175米,按时间顺序是,1993—1997年为一期,1998—2003年为二期,2004—2006年为三期,2007—2009年为四期,用16年时间移民安置。既保证了移民工作的顺利,也保证移民对当地居民的影响降到最低。

而最需要攻克的难点,是三峡大坝质量安全性问题,作为超大体量大坝,不论本身质量出现问题,或是被他国瞄准为军事缺口,对于国家来说都是灭顶之灾。

于是在设计论证中,不仅考虑大坝本身对于水压的承受能力,同时也将核武威胁列入其中,注意,是核武,不是一般的武器大炮。在多种模拟试验后,三峡大坝的建设最后选定为混凝土重力坝,重力坝最关键的优点是,大坝每个部位都是独立的,一个部分被毁掉完全不影响其他坝体,此种结构不仅能分散水压,更能抵御常规核武攻击。

即便坝体被原子弹轰炸,最多也只会炸开一个大口子,而这个损耗,只相当于打开了几个关不上口的闸门,不会造成溃坝,如此,大坝的安全性和稳定性便得到了保障,经过数年变迁,截至2019年4月,三峡大坝的垂直位移在1.45毫米到26.69毫米,水平位移只在0.24毫米到4.63毫米,蓄水前后的坝基位移在1毫米以内,各项指标均在设计允许的弹性范围内,事实数据有效证明了,三峡大坝的安全性。

三峡大坝的抗洪能力也有目共睹,2020年长江第一号洪水,就被三峡大坝顺利挡下,2021年,后汛期发生三峡建库以来最强秋汛,最大洪峰流量约为55000立方米,金沙江下游梯级水库配合三峡,开展联合防洪调度,三峡水库成功应对,5场40000立方米每秒以上洪水过程,累计拦蓄洪水超246亿立方米,极大减轻了长江中下游防洪压力,让各大城市可以安稳的度过汛期,类似98年的特大洪灾,再未出现过。

对于国家来说,三峡大坝本身的经济任务,也完成的十分出色,大坝建立前,许多人认为,花2500亿进行这个项目可能划不来,仅凭发电或许难以产生高收益,但现实明显精彩的多,水库的建成,三峡大坝区域对水运的承载力翻倍提升,重庆到上海这条航道的通航能力,由1000万吨提高到5000万吨,轻松增加四倍。

2021年,三峡大坝累计航运通过量达1.5亿吨,让航运业间接产生了超200亿效益。2007年,三峡大坝被评为5A级景区后,全世界大量游客纷至沓来,2019年,三峡大坝接待游客量突破约300万人次,在疫情影响,旅游业低迷的前提下,2020年三峡大坝接待游客约100万人,2021年接待游客约155万人,累计接待超过3250万,累计带来旅游收入超过500亿。

在发电收益上,三峡大坝充分发挥其大体量水电站的优势,一直在突破,据三峡集团消息,截至2021年12月31日24时,三峡电站2021年累计发电1036.49亿千瓦时,再次突破千亿千瓦时大关,相当于节约标准煤3175.8万吨,减排二氧化碳8685.8万吨,二氧化硫1.94万吨,氮氧化物2.02万吨,其输出电按照2021年每千瓦时0.35元计算,仅2021年,三峡大坝发电收益大约是363亿。

纵观中国发展史,三峡大坝几乎是一个时代发展的缩影,不论是前所未有的经济效应,或是对可持续发展概念的贯彻,都充分说明了中国特色发展路线的科学性和可行性,三峡大坝不仅仅是一个利国项目,更是后续中国水电发展的指路灯。

最后

如果说电力资源是很多国家的重要命脉,那么水电发展对于任何一个国家或地区而言,它都是推动社会进步的最好底气。大量的历史资料表明,水电工程能够引导出时代进步的更好结局。因此在不同地区,各种水电项目也被大量建设起来。比如1931年的美国胡佛大坝,还有1959年的意大利瓦依昂大坝,以及2006年的中国三峡大坝等。

现在越来越多的国家或地区已经认识到,想要谋求更长远的发展,无法离开水电的供应。因此水电在很长的一段时间内,必然会有继续存在的价值。21世纪后,全球油价步步攀升。我们的生态环境又面临着严重污染,水电开发又能促进新能源结构的调整。

水电的发展与应用将会是每一个大国都要考虑的问题,当能源发展揭开新时代的序幕,人们就像是站在了新的起跑点上。在未来的清洁能源追逐战中,谁能掌握更多的优势?也在于世界各国否能够统一建设步调,以可持续发展为宗旨,充分的利用水资源发电的重要作用,为人们的生活和生产提供更多便利,以此来满足社会的多重需求。

事实上,水资源不仅能够成为清洁能源,同时也有很高的观赏和旅游价值。像甘肃永兴丝路国际旅行社有限公司常年来面向社会,真诚为用户提供全方位的优质服务,秉承着以质量求生存,以信誉求发展的经营宗旨。历年来不断完善全国网络和垂直管理模式,率先打造规模化品牌化的优质企业。

文章来源: 车圈老舅,科普人橙心老师

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