水電:河流的流動足夠為世界提供能源嗎?

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向Sun Jun 20 2021 提供最新信息

地球上的水是持續流動的:雨水傾瀉、河流流淌、冰川消融。所有這些流動給能量收集 提供了巨大的機會。

帶雨傘的地球寶寶

我們如何將水的流動轉化為能量?

水利發電(HEP) 大垻利用河流的能量來發電

在所有現代的可再生能源中,有多少是來自於水力發電?


水力發電(HEP)可能不像風能和太陽能那樣得到那麼多的關注,但它是目前我們最大的可再生電力來源(60%)它也佔了我們總發電量的16%

當代可再生能源產生的能量(這裡面不包含“傳統生物燃料”比如木頭)

由於水力發電被如此廣泛的使用,我們應該謹慎地考慮它可能帶來的任何損失。但首先,我們來看看它是如何工作的。

水力發電是如何工作的?

世界上大部分的水電是通過建造大型大垻獲取的。

這些大垻中的能量是以何種形式儲存的?


水電是如何工作的

當我們想要使用這種能量,我們打開大垻的一個小門,讓水得以通過。水從一個管道流出並使渦輪旋轉,來給發動機提供動力,從而創造電力(和風渦輪原理類似)。整個過程看起來像這樣:

水力發電

大致來說,一立方米的水每秒下降一米,可以產生10千瓦的電力(在一個完美的高效的系統下)

我們為什麼使用這麼多的水力發電

有很多理由支持水力發電是偉大的:

  • 它幾乎總是比燃燒化石燃料(這一點稍後再說)排放更少的溫室氣體
  • 它是一種 可再生 資源,這意味著我們將用之不竭(只要河水一直流)
  • 蓄水大垻有除了儲能之外,還有數不清的其他用途

水力發電的最重要的好處是它允許我們把它產生的能量儲存起來

雖然太陽能和風能對產生低碳能量很好,但太陽沒出來和不刮風的時候,它們幾乎無用。我們對水力發電有更多的控制權,因為大垻可以儲能,並且在我們想要的時候可以用它來發電,不需要等待天氣變化!

水力發電也很便宜,因為它不需要任何新的原料才能運行,所以運行成本很低。建個大垻通常很貴, 但他們比風能或者太陽能發電廠持續時間長。總之,水力發电便宜:

不同能源的成本

到目前為止,風力發電聽起來很理想。但有一些嚴重的缺點,讓水力發電有不少問題。

你認為這些是什麼?


這些變化加在一起等同於嚴重的環境破壞,讓我們逐一來看看...

佔地

我們的水電生產大多數需要淹沒大量土地。 美國只需要使用13%的空間就能從太陽能光伏發電中生產同樣多的能源

有很多理由說明為水庫淹沒土地是不利的,比如:當地的野生動物滅絕,村莊經常被淹毀,人們不得不搬遷,但淹沒土地在氣候方面也有不好的影響:

你認為土地被淹是怎麼影響氣候?


當我們淹沒土地時,水裡的微生物慢慢地分解被淹的植物,釋放甲烷

這些排放不僅僅發生在大垻第一次蓄水中。河水裡的沉澱物(鬆散材料比如沙子)和有機物自然地順著河流流下,但會陷入垻底沉積。他們會在大垻存續期穩定地釋放甲烷。

水庫的深度也往往比自然湖泊更容易上升和下降。蓄水、放水意味著臨水的植物反復地生長和死亡,進一步增加甲烷的排放

蓄水的水庫的氣體排放

有一個預估,水庫所排放的溫室氣體佔為人類產生總排放的1.3%,相當於整個加拿大的排放量!

然而,水力發電的溫室氣體排放量幾乎總是比燃燒化石原料產生少得多(雖然這取決於大垻的建造地點)。黨碳含量富足的森林被淹時,排放量會特別高。

我們可以做些什麼區減少水力發電中的溫室氣體排放呢?


如果建垻時計劃得更周全些,我們可以大大減少因建垻釋放的甲烷量。但是,不幸的是,甲烷釋放量僅是總量的一半...

大垻是如何影響野生動物的?

許多魚種要逆流而上去繁殖後代。大垻通常使魚兒的旅程要麼極其危險要麼不可能.

魚梯讓魚可以“跳”垻,但只是部分有效(特別是陡峭的大垻) 。有些地方情況糟糕到當地的環保組織需要用卡車把魚運到河道的上游或者下游!

魚梯

從大垻流出的水是來自水庫的底部。這為什麼是個問題?


當我們在水庫蓄水,這些低氧、溫度低的水沉到底部。當我們放水,河流下游的環境變化很大,變得使動植物難以生存.

讓事情更糟的是,記得我們說過大垻讓河流裡的沉積物不能流出嗎?這些沉積物為很多物種提供養料,所以當它被攔在上游,下游的生物生長艱難

我們怎麼改善水力發電?

不同於其他可再生能源,水力發電大垻認為是一種成熟的技術,這意味著提升空間有限。所以,科技創新不太可能從根本上提高大垻的能源產量。

我們還能做什麼呢?

全球衝浪

對於我們如何使用波浪或潮汐能,有一些創造性的點子。這些水的自然運動可能會是個好機會,但目前為止我們沒找到一個可以讓它成為商業化的辦法。這是有原因的,比如潮汐能,目前至在少數幾個潮汐強的地方有利可圖。同樣,波浪能的最大能量是在最洶湧的海面上發現的,但這些海域破壞性也最大,所以這裡的儀器很快就被毀了

結論

一開始,水力發電看起來很完美:廉價、低碳、而且允許存儲。然而,我們所看到的社會和環境成本使這個決定變得複雜。

另一個問題是,氣候變化和乾旱會導致水庫乾涸,在地球的很多地方減少水力發電的容量.

為了應對這一切,富裕國家的水力發電的增長已經放緩,他們用盡了可以導入大垻的河流,也能負擔得起其他可再生能源。但在發展中國家,大型水力發電站仍在繼續建設。然而,隨著電網變得更加依賴風和太陽能,對儲電能力的需求可能會增加,這也引發人們對水力發電一大波興趣

在下几章裡,我們將詳細地看看為什麼我們需要儲電,以及在不建造大垻的情況下獲得存儲的方法。

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