水力发电:河流的流量足以为世界供电吗?

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更新于: 2020年12月14日13:25:56 格林尼治标准时

地球上的水在不断地移动:雨水、河流、冰川融化。 所有这些移动都为获取能源提供了巨大的机会

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地球宝宝和伞

我们如何将水的移动转化为能源

水坝型 水力发电(HEP) 利用河流的能量来发电

水力发电可能没有像风能和太阳能那样受到广泛关注, 但它是迄今为止我们最大的可再生电力来源它也占我们总电力生产的约16%.

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利用现代可再生资源生成的能量(这不包括“传统生物燃料”,例如木材)

由于水力发电的使用如此广泛,我们应当认真考虑它可能造成的任何损害。 但首先,我们先看一看它是如何运作的。

水力发电是如何运作的?

世界上大部分的水力能源都是通过建造大型水坝而获得的。

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水力发电怎么运转

当我们想要使用这种能量时,我们会在水坝中打开一个小门,让水通过。 水穿过一个通道并转动一个涡轮机,使发电机能够发电(类似于风力涡轮机)。 整个过程看起来像这样:

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水力发电

粗略地说,一立方米的水每秒下降一米可以产生1千瓦的功率(在完美高效的系统中)

我们为什么使用这么多的水力发电?

认为水力发电很棒有很多原因:

  • 它几乎总是比燃烧化石燃料排放更少的温室气体 (稍后更多讲解)
  • 这是一个 可再生的 资源,意味着我们永远不会用完 (只要河流不断流动)
  • 水库大坝拥有 除了储能之外数不尽的其他用途

最明显的好处就是它允许我们 储存其生产出的能源

太阳能和风能都很擅于生成低碳能源,但当太阳没有照耀或没有风吹的时候就没有用了。我们对于水力发电有更多的掌控力,因为我们储存能量于水坝当中,并且能在我们想要的任何时候发电,不必等候天气改变!

水力发电也可以很便宜,因为它不需要任何原料来运转,运转成本很低。修建一座水坝通常很贵,但它们通常比风场或太阳能场要维持得久一些。总的来说,它们很便宜

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不同能量的成本

到目前为止,水力发电听起来很理想。但是有一些严重的缺陷使水力发电更加有问题。

这些变化加起来相当于挺严重的环境破坏。让我们来逐一看一下…

土地利用

我们大多数的水力发电都涉及大量土地的泛滥。 美国仅使用这的13%的空间就可以从太阳能光伏中产生一样多的能量

有许多原因说明水库淹没土地很糟糕。例如:当地的野生动植物会被破坏,村庄经常被洪水淹没,以及人们不得不搬家。但是洪水泛滥也会对气候造成一些不良影响:

当我们淹没土地时,水中的微生物慢慢地分解水淹后的植物,释放甲烷

这些排放不仅仅发生在水坝一开始被水覆盖的时候。 沉积物(松散的材料,如沙子)和有机物自然流入河流,但被困在水坝的底部。 在此它们稳定地在整个水坝的运行周期中释放甲烷

与天然湖泊相比,水库深度的上升和下降幅度也更大。洪水和再洪水意味着海岸上的植物不断生长和死亡,进一步增加了甲烷排放量

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淹没水库的排放

根据一项估计,水库占了所有人造温室气体排放的1.3%——与整个加拿大一样多

不过水力发电依然总是比化石燃料排放的温室气体少得多(尽管这因水坝建地而异)。 当富含碳的森林被淹没时,排放量尤其高

如果我们仔细规划在哪建造水坝,就可以大幅度减少它们释放的甲烷量。 但不幸的是,甲烷排放只是一半的故事…

水坝如何影响野生动物?

许多鱼类往上游迁移以繁殖和养育它们的后代。水坝往往使这种旅程极其危险或不可能

鱼梯 允许鱼类”跳上“水坝,但这只是部分有效(特别是在更深的水坝上)。 在一些地方,情况糟糕到当地环境机构不得不用卡车运输鱼类到河岸上下游!

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鱼梯

当我们让水静置于水库中时,有较少氧气的冷水会沉降到底部。 当我们释放它时,下游河流的情况会发生很大变化,使动植物更难生存

更糟的是,还记得我们说过大坝会绊住河中的泥沙吗?这些沉积物为许多物种提供了营养,因此当其被困在上游时,下游的生物便难以生长

我们能否改善水力发电?

与其他可再生能源不同,水电大坝被认为是一项成熟的技术,也就意味着其改进的空间有限。因此,技术创新不太可能从根本上改善水坝的发电量。

我们还能做些什么?

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冲浪中的地球宝宝

对于我们如何使用波浪或潮汐存在一些创造性的想法。 这种自然的水运动似乎是一个好机会,但我们迄今还没有找到使其在商业上可行的办法。 这里有几个原因。 例如,潮汐能目前仅在少数潮汐强的地方盈利。 同样地,海浪能量最大的地方通常都是在最恶劣的海域,但这些海域也会造成最大的破坏,因此这里的设备很快就会受到破坏

结论

乍眼一看,水力发电似乎很完美:它便宜、低碳,并允许储存。 但是,我们所考虑的社会和环境成本使这一决定变得更加复杂。

另一个问题是,气候变化和干旱可能会导致水库干涸,从而降低了全球上许多地方的水力发电容量

为了应对所有这些情况,水力发电在富裕国家的增长已经放缓,这些国家的水坝正在耗尽河流,并且能够负担其他可再生能源来源。 但发展中国家仍在建造大型水电站。 然而,随着电网越来越依赖风力和太阳能, 储电能力的需求可能会增加,这可能引发对水力发电的兴趣

在接下来的几章中,我们将详细研究为什么需要所有这些存储,以及在不建造大型水坝的情况下获取存储的方法。

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