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年供电量超1万亿千瓦时!一文了解中国的超级水电站!

生于独生年代

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在中国

我们用的每10度电中

就有约2度来自奔流的江河

而在这张强大的电网背后

是超过40000座水电站的世界

时至今日

世界上规模最大的水电站

在中国

长江三峡水利枢纽工程,凭借2250万千瓦的总装机容量位列世界第一,摄影师@黄正平

世界上最高的大坝

在中国

雅砻江锦屏一级水电站,凭借305米的坝高在当今世界已建成的大坝中位列第一,图片来源@中国能建葛洲坝集团

世界上最强的水电“心脏”

单机容量百万千瓦的水轮发电机组

也在中国

金沙江白鹤滩水电站,其关键设备水轮发电机组的单机容量100万千瓦,位列世界第一,摄影师@柴峻峰

我们为什么拥有

如此众多的超级水电站?

又是如何做到的?

今天,和小编一起了解

中国的超级水电站

三峡工程,

是许多人心中的一项超级工程。

作为全世界规模最大的水电站,

它平均1秒钟的发电量,

就足以满足一个中国人4年多的生活用电需求。

不过,很少有人知道,

就在它上游一千多公里外,

还有两座“三峡”。

金沙江在这里隔开四川和云南两省,

依次串联起了四座超级水电站——

向家坝、溪洛渡、白鹤滩以及乌东德,

它们的总装机容量,

就达到了三峡的两倍之多。

在中国西南地区,

水能资源理论蕴藏量高达4.9亿千瓦,

占据了全国的70.6%。

中国的十三大水电基地,

超过一半都在西南。

我们要如何才能利用

这些来自大江大河的能量呢?

首先,我们需要一座大坝。

超 级 大 坝

以金沙江水电基地为例,尽管金沙江的天然落差已经远远超过其他地势平缓处的河流,但在短距离内,仅凭这样的落差产生电力,还远远不够。所以,为了提高发电效率,我们通常会在河流中间修建挡水的大坝,进一步抬高水位,提升落差。

但是,要在汹涌的江水之中修建大坝谈何容易?因此,早在大坝开工之前,我们就必须先完成一项浩大的工程——让河流改道,从而为大坝腾出干燥的施工场地。直到大坝建成之后,再恢复原本的流向。

2014年,金沙江下游的第一座超级水电站建成,它就是向家坝水电站。这座水电站的大坝,坝顶长度约900米,步行需要12分钟才能通过;最大坝高则达到了162米,相当于一座近60层的高楼。它体型魁梧,外貌与著名的三峡大坝相似,凭借其巨大的重量,便可以与地基产生足够强的摩擦力,以抵挡奔腾的江水,这就是所谓的“重力坝”。

正是这座大坝,让上下游的水位落差提高到了100米。但是,庞大的体型也意味着需要耗费大量的建筑材料。在向家坝,仅大坝的混凝土浇筑总量就高达1400万立方米,足以填满6000多个国际标准游泳池。如此庞大的用量,仅材料运输就是一笔不小的开支。

另一座大坝,宛如一只白鹤张开双翅,将金沙江拦在身后,它体态轻盈,恰如其名,人称“白鹤滩”。它的最大坝高可达289米,相当于一座100层的高楼,而它的坝顶最窄处宽度却仅有14米。如此轻薄的坝体,却可以承受1650万吨的推力,与15000多个长征五号火箭的起飞推力不相上下。这是如何做到的呢?

从空中俯瞰,我们可以发现,白鹤滩大坝采用的是一种拱形结构,我们将其称为“拱坝”。这种结构可以将水流的推力顺势传递给两岸山体,由于山体的分担,拱坝并不需要重力坝那样庞大的体量,便足以维持自身的稳定。尽管坝高接近向家坝大坝的两倍,但白鹤滩大坝所需的混凝土却只有约800万立方米,不到前者的60%。

此外,作为一种超静定结构,拱坝具备极高的安全性,超载能力甚至可以达到设计指标的10倍以上。与此同时,拱坝也越修越高,在全球200米以上的高坝中占据了半壁江山。

但并不是哪里都可以建造这样的拱坝,只有满足极其苛刻的地质地形条件,比如高陡狭窄的河谷、坚硬完整的基岩等等,才可以将拱坝稳稳地卡在河谷之中。幸运的是,西南地区的众多峡谷恰好提供了修建拱坝的绝佳地址。于是,各式各样的拱坝都在这片土地上应运而生。

比如240米高的二滩大坝,270米高的乌东德大坝,以及目前世界最高坝——305米高的锦屏一级水电站大坝。

当这些高坝大库在西南大地集结,原本桀骜不驯的江河也不得不暂时收敛它们的脚步,在这里积攒能量。

然而,想要将这些能量进一步转化,我们还需要一座超级电厂。

超 级 电 厂

大坝并不是一座密不透风的挡水墙,除了我们可以看见的泄洪孔,其内部还拥有复杂的管道,而它们将通向水电站的心脏——水轮发电机。

江水顺着引水管到达机组,冲击水轮机叶片旋转,从而将水流的重力势能转化为机械能。水轮机同步带动发电机旋转,再将机械能转化为电能,最终完成电力的生产。在这个过程中,我们只是借助了流水的力量,并不消耗任何燃料,自然也不会排放二氧化碳等温室气体以及其他废气,所以水电还是一种可再生的清洁能源。

对于河面开阔的地方,我们可以直接在大坝中间或后方修建厂房,以安置这些庞大的机组。但是,如果在狭窄的山谷里,这些设备又该安放于何处呢?

在世界上规模最大的地下洞室群,246条隧洞纵横交错,宛若迷宫,总长可达217公里。其中,最大洞室长438米、宽34米、高88.7米,甚至可以轻松停下13架波音737客机。

不仅如此,这里还安放着世界上最强的水电“心脏”——单机容量百万千瓦的水轮发电机组。它完全由中国人自行设计建造,一台这样的机组只要全力运转1小时,就可以满足千余人全年的用电。

一般来讲,水轮发电机组的单机容量越大,效率也就越高。白鹤滩的百万千瓦水轮发电机组,能量转换效率最高可达96.7%,几乎可以说把每一滴水都用到了极致。

上世纪90年代中期,我国自主建造的水轮发电机组,最大单机容量仅有30万千瓦。借着三峡工程的契机,我们终于实现了70万千瓦的大跨越。

今天,从溪洛渡水电站的77万千瓦,到向家坝水电站的80万千瓦,从乌东德水电站的85万千瓦,再到白鹤滩水电站的100万千瓦,金沙江上的这四座超级水电站,也见证了中国水电机组的升级之路。

当白鹤滩水电站全面建成之后,每年可以产生超过620亿千瓦时的清洁电力。届时,它们将跨越西南的高山峡谷,通过各级高压输电线路,送往近2000公里外的华东地区,为“西电东送”这张壮丽的网络注入新的能量。

就这样,

我们在全世界水能资源最富足的地方,

修建起了如今这些超级水电站。

放眼全国,伫立江河之上的数万座水电站,

与奔流不息的江水一样昼夜不停地运转,

每年可为我们提供

超过1万亿千瓦时的清洁电力,

相当于节约标准煤4.3亿吨,

减排二氧化碳11.2亿吨。

从装机容量仅有480千瓦的石龙坝水电站,

到2250万千瓦的三峡水电站,

再到单机容量世界第一的白鹤滩水电站,

一座又一座大坝,

一个又一个电厂,

在一代又一代建设者的脚下拔地而起。

也正因如此,

今天的我们才能够利用这片山河的馈赠,

去点亮中国大地上的万家灯火,

去支撑现代化的滚滚浪潮,

去创造一个充满希望的美好明天。

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