![]()
本文僅在今日頭條發(fā)布,請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載
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。
作品聲明:僅在頭條發(fā)布,觀點(diǎn)不代表平臺(tái)立場(chǎng)
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺(tái)“網(wǎng)易號(hào)”用戶(hù)上傳并發(fā)布,本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.