把水電站塞進(jìn)水管：我們正在開(kāi)啟世界上最大的“免費(fèi)用電”入口？

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買(mǎi)一座水電站，讓它穿過(guò)哆啦A夢(mèng)的縮小隧道，然后再把它裝進(jìn)自來(lái)水管里。

恭喜你，你找到了這個(gè)世界上最大的免費(fèi)用電入口，它就是——管道內(nèi)水輪發(fā)電。（In-pipe Hydropower）。

雖然我們每天都在用自來(lái)水，卻很少意識(shí)到，把水送到咱們家里，其實(shí)是一件極其耗電的工程。首先，水源需要從河流、湖泊或者地下幾百米深處被抽出來(lái)，這就需要巨大的電泵。接著，水被送到凈水廠進(jìn)行復(fù)雜的過(guò)濾和凈化。最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)在后面：為了讓水流能通過(guò)城市幾千公里的管網(wǎng)，精準(zhǔn)地推送到每一個(gè)高層建筑的角落，供水系統(tǒng)必須有一整套強(qiáng)大的加壓系統(tǒng)。

根據(jù)國(guó)際能源署（IEA）和相關(guān)能源報(bào)告的數(shù)據(jù)，全球范圍內(nèi)，供水和污水處理系統(tǒng)的能耗約占人類(lèi)總能源消耗的4%左右。 這是一個(gè)什么概念？它產(chǎn)生的碳排放量已經(jīng)接近整個(gè)航空業(yè)的水平。換句話(huà)說(shuō)，我們每用一噸水，背后都消耗了大量的電力。城市水網(wǎng)本質(zhì)上就是一個(gè)巨大的隱形耗能機(jī)器，而且這個(gè)成本最終都平攤到了每個(gè)人的水費(fèi)和電費(fèi)里。

但其中最讓人受不了的是，這些好不容易加壓產(chǎn)生的能量，并沒(méi)有被完全利用，反而被人為地浪費(fèi)掉了。

為了保證你打開(kāi)水龍頭時(shí)水流夠大，供水系統(tǒng)必須維持較高的壓力。但壓力又不能無(wú)限制增高，否則老舊的水管會(huì)爆裂。所以，在城市管網(wǎng)中，每隔一段距離就必須安裝一種叫減壓閥（PRV）的裝置。它的作用非常簡(jiǎn)單且粗暴：當(dāng)水壓超過(guò)安全值時(shí)，它就強(qiáng)行制造阻力把壓力釋放掉，讓水流恢復(fù)到安全范圍。

這在能源邏輯上是極其荒謬的——我們先消耗大量電力把水加壓，將其儲(chǔ)存為勢(shì)能，然后又在管網(wǎng)末端親手把這些勢(shì)能全部釋放掉，轉(zhuǎn)化成毫無(wú)用處的熱能和噪音。 這就好比你開(kāi)著車(chē)，為了不超速，一邊猛踩油門(mén)，一邊又猛踩剎車(chē)，那些磨掉的剎車(chē)片就是流失的真金白銀。

你會(huì)甘心嗎？反正有人是不甘心，于是他們發(fā)明了管道內(nèi)水輪機(jī)。而這玩意兒做的事，就是把這個(gè)過(guò)程反過(guò)來(lái)。

它用一個(gè)微型水輪發(fā)電機(jī)替代了傳統(tǒng)減壓閥的位置。當(dāng)湍急的水流經(jīng)過(guò)這里時(shí)，不再是簡(jiǎn)單地撞墻降壓，而是推動(dòng)高強(qiáng)度的葉片旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)外部的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流。整個(gè)過(guò)程中，水流依然被減壓到了安全水平，但在這個(gè)過(guò)程中，原本被白白浪費(fèi)的壓力轉(zhuǎn)化成了綠色的電力。

從原理上說(shuō)，這和水電站完全一樣。 只不過(guò)傳統(tǒng)水電站利用的是大壩的高度差，而這里利用的是城市供水系統(tǒng)本身已經(jīng)存在的壓力差。而且這種系統(tǒng)采用了食品級(jí)材料，安裝在旁通管道上，完全不會(huì)影響供水安全，也不會(huì)減少水量，它只是“順手”把廢能回收了回來(lái)。

這些系統(tǒng)有的已經(jīng)在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中成熟運(yùn)行了。例如在美國(guó)波特蘭，供水管道中的 LucidPipe 發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行多年。這些管道直徑超過(guò)一米，產(chǎn)生的電力直接并入城市電網(wǎng)，為路燈和市政基站供電。在土耳其的馬尼薩，這種技術(shù)甚至讓供水公司實(shí)現(xiàn)了電力自給自足，多余的電還能賣(mài)錢(qián)。

美國(guó)能源部的估算認(rèn)為，僅美國(guó)現(xiàn)有的供水系統(tǒng)，如果全面加裝這種裝置，就有可能提供超過(guò)1吉瓦（1000兆瓦）的發(fā)電能力。 這相當(dāng)于一百萬(wàn)戶(hù)普通家庭的用電規(guī)模，或者一座大型核電站的輸出量。

更重要的是，這種技術(shù)幾乎不需要額外占用地面空間，也不需要改變現(xiàn)有的城市結(jié)構(gòu)，非常適合人口密集的城市。在像印度或東南亞這種大規(guī)模建設(shè)新城的地區(qū)，如果從規(guī)劃階段就把發(fā)電系統(tǒng)整合進(jìn)水網(wǎng)，成本會(huì)更低，潛力也更大。

此外，這些裝在水管里的發(fā)電機(jī)還能兼職當(dāng)“監(jiān)測(cè)器”。因?yàn)樗鼈冃枰獙?shí)時(shí)監(jiān)控水流和壓力，所以能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)管道哪里漏水了、哪里壓力異常了。要知道，很多城市管網(wǎng)的漏損率高達(dá)20%以上，這種自供電的監(jiān)測(cè)能力，能幫市政省下大筆的維修費(fèi)。

你看，人類(lèi)花了上百年，把水送進(jìn)城市，過(guò)去我們只盯著水本身。但現(xiàn)在，在全球追求碳中和的大背景下，我們終于開(kāi)始意識(shí)到，在把水送來(lái)的同時(shí)，那些奔騰在管道里的壓力，其實(shí)也是源源不斷的電。

能量從來(lái)沒(méi)有消失，它只是換了一種方式守候在我們的腳下。現(xiàn)在，是時(shí)候把它們收回來(lái)了。

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