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水力發電
水力發電 (Hydroelectric power)是運用水的勢能和動能轉換成電能來發電的方式,是目前人類社會應用最廣泛的可再生能源。以水力發電的工廠稱為水力發電廠,簡稱水電廠,又稱水電站。在2006年,全球水力發電廠的裝機容量達7千770億瓦(777GWe),向全球提供約29,980億度(2998TWh)電力,相當於生產了全球20%的電力。在可再生能源所供應的電力當中,水力發電佔有率達88%。 原理 水的落差在重力作用下形成動能,從河流或水庫等高位水源處向低位處引水,利用水的壓力或流速衝擊水輪機,使之旋轉,從而將水能轉化為機械能,然後再由水輪機帶動發電機旋轉,切割磁力線產生交流電。而低位水通過吸收陽光進行水循環分布在地球各處,從而回復高位水源。 |
水力發電
水力可發電,也不會產生溫室氣體。水通過地球的水循環系統不斷地補充,所以也是可再生能源的一種。水力發電系統不像太陽能和風能,而是可以全天候24小時產生電力。水的能源可以來自海浪和江河: 江河水力發電 2003年世界電力總量的16%是由水力發電站產生。水力發電利用水流從高而低的流動產生的能量發電。河水落差越大,水流便越急速,所產生的電力也越多。可是大型水力發電工程所修建的大壩也會淹沒生態系統。發展江河水力也需顧及下游社區、農民和生態系統的水資源需求。而且氣候變化的持續乾旱,水力發電項目也會變得不可靠。 海浪能 世界能源委員會估計海浪能可每年產生2兆兆瓦的能量。這是世界現有電力生產總量的兩倍,相等於2,000座大型化石燃料和核能電站的能源產量。全球海洋的可再生能源潛在總量,可以滿足世界現時能源需求的5,000倍以上。但直到現在,利用海浪能仍處於理論階段,相關的技術仍然處於研究開發階段,仍是言之過早。 |
水電與其他發電方式的對比
水力發電在目前來說,是唯一技術已發展成熟、可以大規模開發的清潔可再生能源。此外,水電每度電的發電成本顯然較目前廣泛應用的火電、核電、太陽能、風能低,幾乎所有已開發國家在面對溫室氣體過度排放的威脅時,都優先考慮發展水電。在電力工業角度來說,水電是調節性最好的電源之一。由於只需一開閘門就立刻可以發電,水電通常在輸電網路中扮演重要角色,以承擔調峰、調頻、事故備用等重要功能。而普通的燃煤的火電,就必須讓煤充分燃燒,產生足夠水蒸氣後,才可開始發電。在調節性能這一點上,能夠與水電媲美的只有石油及天然氣發電。相比之下,火力發電被指是過度排放溫室氣體二氧化碳的元兇,因此京都議定書對各個已開發國家規定了指標,限制二氧化碳排放,在可預期將來,火電所佔發電比例會逐漸減少。至於太陽能及風能,由於存在發電成本過高,供電不穩定和技術未趨成熟等因素,因此到現在還未能滿足大規模電網的需要。儘管太陽能和風能在未來前景遠大,但現時並未能取代火電和水電的地位,而且在已開發國家中,太陽能及風能在清潔能源中所佔的比例不到百分之二十。地熱能由於選址受限制,加上技術要求高,需要應用抗腐蝕的管線,以及成本昂貴的深度鑽孔技術等,雖然被認為是可再生能源,但卻因投資成本大的關係,未能大規模應用。核能亦是可大規模應用的能源,有效減低溫室氣體的排放,而且發電成本少於火電,但是核能的安全性一直受到質疑,2011年3月的日本福島第一核電站事故,更令反核聲音進一步加大。2002年在南非約翰內斯堡舉行的聯合國可持續發展委員會的高峰會議,根據該調查報告和非洲國家的強烈要求,通過激烈的辯論,會議最終明確表明大型水電站應該與小水電一樣,享有清潔的可再生能源的地位。同時為了減少全球溫室氣體的排放,會議還制訂了計畫書、鼓勵國際合作、支持有關國家開發水利水電,實現可持續發展。 水電站的種類 ★ 按集中落差的方式分類 ● 堤壩式水電站 ● 引水式水電站 ● 混合式水電站 ● 潮汐水電站 ● 抽水蓄能電站 ★ 按徑流調節的程度分類 ● 無調節水電站 ● 有調節水電站 ★ 按照水源的性質,一般為常規水電站,即利用天然河流、湖泊等水源發電。 ★ 按水電站利用水頭的大小,可分為高水頭(70米以上)、中水頭( 15-70米)和低水頭(低於15米)水電站。 ★ 按水電站裝機容量的大小,可分為大型、中型和小型水電站。一般裝機容量5,000kW以下的為小水電站,5,000至100,000kW為中型水電站,10萬kW或以上為大型水電站,或巨型水電站。 水力發電 -- 有利方面 1.清潔:水能為可再生能源,基本無污染。 2.營運成本低,效率高; 3.可按需供電; 4.控制洪水泛濫(但不是防止) 5.可蓄備灌溉用水,但當水量不足時就要在發電及灌溉兩者作取捨。 6.改善河流航運 7.壽命較長,最長可達200年,一般約為100年。 不利方面 水壩的影響 1.生態破壞及土地損失:興健大壩會導致上流大面積土地會被水淹沒,破壞原有生態環境,不論動植物或人類都受影響,大型水壩會導致大量人口被迫遷移。 2.大壩會造成淤泥堆積,增加水庫中的含沙量,最終降低水庫儲水量並降低水庫對洪水的調節能力。 3.上流的淤泥被大壩阻隔後,下游的水土得不到原有的補充,於是下游的原有地貌會逐漸被侵蝕,河堤,三角州會受影響,下游肥沃的沖積土減少。 4.大型水庫表面積相較原有河道大得多,增加了水的蒸發量,也就減小了下流河水的總量,實質性地減小了可用作灌溉用水。 5.水庫會阻礙動物遷徙,防礙其繁殖,使水溫改變,因而導致魚群數量減少,也減少了物種多樣性。 6.大型水庫會導致水庫誘發地震。 7.由於水壩有相當深度,在底層形成缺氧層,動植物分解後形成甲烷,是一種比二氧化碳強超過30倍的溫室氣體,加劇全球暖化。 雖然這些負面影響可盡量減小,但是這些破壞是永久性、不可逆轉的。 水庫潰堤 水壩形成的水庫儲有大量水,若一旦因為天災(例如地震或特大洪水)、工程質量、設計或人為因素(例如戰爭)而潰堤可導致嚴重人命傷亡及經濟損失,例如1975年的板橋水庫潰堤,死亡人數數以萬計。 |
美國 胡佛水壩 (Hoover Dam) 胡佛水壩(Hoover Dam,又稱 Boulder Dam)是一座混凝土拱壩,座跨科羅拉多河,位於美國西南部城市拉斯維加斯東南48公里亞利桑那州與內華達州交界處,為美國最大的水壩並被讚譽為沙漠之鑽(Diamond on the desert)。 簡介 該壩於1931年由第三十一任總統赫伯特·胡佛為化解美國大蕭條以來的困境及加速西南部地區的繁榮,動工5000人興建。壩體最後一次水泥灌漿於1935年完成,比計劃提早2年竣工。1935年9月30日由富蘭克林·德拉諾·羅斯福總統主持了竣工儀式。水電工程自1936年竣工發電。建成之時為當時世界上最大的混凝土結構和發電設施。該壩高726英尺(高220公尺,底寬200公尺,頂寬14公尺,堤長377公尺)。壩建成後形成人工湖米德湖,該湖為西半球最大人工湖,湖區有6個碼頭,景緻優美,已成為美國人遊艇、滑水、釣魚、露營渡假聖地。胡佛水壩位於州界上,且亞利桑那及內華達兩州有一小時之時差,故水壩兩端各設有一時鐘以方便過客對時。 建造過程 胡佛水壩在1931年3月11日開工,首席工程師是法蘭克‧高爾,水壩經費由政府資助,因此他必須在政府限定時間之內完工,否則將會面臨一大筆罰款。在他們建造水壩前,必須先開闢一條通往峽谷的道路,以運送物資。由於當時處於經濟大蕭條,失業人數大增,為水壩建造提供數量可觀的廉價勞工。 在建造水壩之前,必須先把科羅拉多河分流,但河流兩旁滿佈懸崖,因此惟一方法是在峽谷兩邊鑽挖爆破,開闢四條分流隧道。然而開闢分流隧道的工人生活和工作環境每況愈下,令許多工人對高爾越來越不滿,甚至策劃罷工。8月7日,工人正式罷工,當時仍有大量有資格取代他們的失業人士,因此工人是冒一個很大的風險,甚至有機會失去工作。高爾選擇開除罷工的工人,然後重新招聘。 1932年,河內首次流入隧道,分流工程成功,能夠正式建造水壩。餘下的工程只是利用混凝土去建設水壩,政府給予的限期為4年半,時間雖多,但高爾欲提早完工,以獲得大筆獎金。1933年,總共傾注了一百萬立方碼的混凝土,1935年,水壩提早了兩年完工,而高爾亦獲得一筆獎金。胡佛水壩工程浩大,建設工程中有112名工人因各種事故失去性命。 統計資料 建造花費:4900萬美元 人命花費:112人 水壩高度:221.4米 水壩長度:379.2米 水壩厚度:全厚200米 混凝土數量:333萬立方米 年發電量:2080兆瓦時 交通流量:每日約13000至16000人橫過水壩 米德湖統計資料:面積157900英畝,深152米,湖岸線長885公里 貢獻效益 儲存科羅拉多河兩年流水量,發電供應鄰近三個州。 在水庫底部的發電廠設置17部發電機,裝機容量135萬KW,每年產生2080兆瓦時,足夠鄰近地區150萬人使用一年。 胡佛水壩成為了旅遊景點,並設有訪客中心供訪客使用。 洩洪 為了避免水從水壩中滿出,胡佛水壩一共洩洪過兩次,一次是試用,而另一次才是正式洩洪。 |
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