超级抽水蓄能调峰(兼南水北调西线工程)系列

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利用压缩空气储能调峰并引风云雨雪,汛期抽水蓄能调峰,过峡谷式分水岭自流北调,从而逆转自然袭夺现象。

本系列筑坝蓄水量大于现有规划梯级,以利于防洪,主要新增一系列临时小水电站(调水沿线峡谷式分水岭两侧)。基本不挖掘隧道(近乎全程露天),无需严格控制含沙量,自然侵蚀可逐渐提高蓄水调水能力,分水岭削低后依次拆除相应小坝,未来可通航。

优选六大路线如下:

①藏布运河(雅鲁藏布→系列天然峡谷和分水岭→车尔臣河且末县)

②隆巴运河(察隅河→系列→格尔木河)

③湾甸运河(怒江湾甸→分水岭大田坝1440米→澜沧江,黄河→都兰县香日德)

④漾濞运河(澜沧江漾濞→剑川县→分水岭九河2390米→金沙江,龙羊峡水库→青海湖,青海湖第一大水源布哈河阳康曲→疏勒河玉门市)

⑤久治运河(大渡河阿曲阿坝县→分水岭若曲3750米→黄河沙曲久治县)

⑥岷洮运河(白龙江→宕昌县阿邬镇2550米→洮河,庄浪河→古浪河)

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从实用主义出发,先说明第五条久治运河详细路线如下:

大渡河支流大金川双江口水电站(正在建设,预计2025完全投产,其余皆未建设)(正常蓄水位2500米,多年平均径流量158亿立方米,库容31.15亿立方米)→脚木足河卜寺沟水电站(正常蓄水位2600米,多年平均径流量约68.5亿立方米)→达维水电站(正常蓄水位2680米)→巴拉水电站(正常蓄水位2920米,集雨面积15840平方公里,多年平均径流量约60亿立方米)→下尔呷水电站(麻尔曲16.61+9阿柯河口多年平均径流量25.61亿立方米,正常蓄水位3120米,水库回水长度约90km,总库容约28.0亿立方米,调节库容约19.3亿立方米)→阿曲(阿坝县海拔3300米)→若曲分水岭海拔约3750米→沙曲(久治县海拔3650米)→黄河。

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又有三个分支可能:

东路线分水岭海拔约3750米(马尔康县→红原县)梭磨河(多年平均径流量18亿立方米,流域总面积3015.06平方公里)

中路线(阿坝县→久治县)

西路线4350米(班玛县→久治县哇赛乡)降水充沛,年均雨日171天,降水量在764.4毫米,居青海省之冠。(久治县地图对应中线北侧和西线南北,因此西线调水大概是重要组成部分)

下尔呷水电站3120米→麻尔曲3150米→马柯3900米→满日塔玛3990米→朗塔→分水岭核朗塔4350米→久治县哇赛乡3900米

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具体操作与其他路线类似,先在分水岭附近(阿坝县)筑坝蓄水自流。然后沿阿曲梯次增筑,抽水蓄能自流(北侧同理,在久治县、沙曲筑坝,从而可逆调水)。现有规划梯级多是高坝大库,云雾线以上分水岭附近新增低坝小二型水库(关键是增加高海拔有效降雨)。

假设最后五十米筑五座低坝(水头各十米左右),其他梯级水头三五十米不等。分水岭削低后依次拆除。

冬季在分水岭原址北侧(久治县南)喷水筑冰坝(可阻挡北风雪),又可利用冰川效应进一步侵蚀峡谷式分水岭,加速拓宽河道。

高海拔地区不方便筑坝蓄水,也可利用冰坝法解决冻土和环保等问题。具体而言,就是在黄河门堂水电站(蓄水位3724米,规划装机容量375兆瓦)压缩空气引风云雨雪,通过高压管道输送到西南、东南调水路线峡谷,然后泄压制冰坝蓄水并回收电力。

注:久治县年平均气温0.1℃,低于0℃的寒冷期长达184天,其中低于-10℃的严寒期达到131天。年日照时数2084.5-2509.5小时,是青海省日照时间最少的地区。降水充沛,年均雨日171天,降水量在764.4毫米,居青海省之冠(主要对应西路线)。

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附:

大渡河双江口水电站(建成后)至长江葛洲坝水电站梯级额定水头合计约1183+在建428=1611米(估算),黄河梯级水电站合计额定水头1284+在建292=1576米(估算),二者相当(抽水蓄能效率75%)。也就是说此路线暂时没有抽水蓄能效率超过100%的特殊效果(0.75×1284/1183=0.814,但汛期抽水蓄能还是可以有的)。此外,安宁、巴底、丹巴水电站未开工建设(若全部建成将超过1900米)。

除了水头,还有一个关键是年发电时长,已建成的水电站基本是定量在4000至5000小时,这是因为以前水轮机组产能不足,又无那么多调峰需求,而现在调峰矛盾容易产生调峰弃水,水轮机组产能逐渐过剩,因此黄河梯级水电站应该尽量扩机增容,最好翻倍,年发电时长压缩至2000小时,从而提高调峰能力。

双江口最大坝高312最大水头251.4最小161.6额定215加权平均222.7米,正常蓄水位2500米

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水头估算说明如下:

①最大水头。相邻梯级水库正常蓄水位差小于最大坝高一半的,以此为最大水头(加尾数0.01)。水位差明显超过的,以最大坝高系数估算(加尾数0.002),下游深谷低坝0.4倍,中坝0.6倍,高坝0.8倍,上游0.9倍(例如巴底水电站),瀑布引水电站可远大于一(例如硬梁包水电站)。最后通过装机容量(水轮机发电效率最高95%左右,额定点效率91%左右,此以90%估算)和引用流量矫正。

②额定水头。以最大水头系数估算,低坝0.6倍,中坝0.7倍,高坝0.8倍。同样用装机容量和引用流量矫正。由于缺乏引用流量数据,结果是双重矫正。三峡按90%发电效率和90.1米水头估算得发电用水率略微超过100%,按95%效率估算用水率则是95%强。

长江三峡最大坝高181最大水头113最小71额定左岸80.6右岸85加权平均90.1米,正常蓄水位175米

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高海拔路线冰坝蓄水方案详细说明如下:

下尔呷水电站3120米→麻尔曲3150米→马柯+俄柯3750米(班玛县白玉乡西)→马柯冰坝蓄水3850+250=4100米(哇尔依乡满格村3800米,满日塔玛3990米)→朗塔冰坝蓄水4100+250=4350米→分水岭核朗塔4350米→久治县哇赛乡3900米

相应的在黄河门堂水电站(或利用光伏、风电)压缩空气(储能调峰并引风云雨雪),通过高压管道输送到朗塔(海拔4100米)、哇尔依乡(海拔3850米)制冰坝蓄水。其上配套建设槽式光热发电,遮阳遮雨并控制冰坝高度和角度。

冰川区和雪山春夏融水量随气候变化而剧烈波动,危害沿途地区。中下游筑坝蓄水可缓解春讯危害,冰坝调水可从源头解决问题。

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具体操作如下:

①利用膨胀压缩循环提高效率(损失少量气压获得大量热能和冷能),一边制冰坝一边供暖,附带空分制氧制氮。夜间泄压人工降雨。

②夏季利用水温+槽式光热回收电力,或直接抽水北调。冬季歇菜检修,冰坝可以搞成超级冰雕开发旅游。

③利用光热槽(及热管)庇荫冰坝(遮阳遮雨)并控制其高度和角度。

④利用高压水刀切削冰坝上游蓄水侧,从而控制利用水温的效率。(可谓是夏季温水库永动机,原理是通过压缩空气或二氧化碳利用低温废热,将无序热震动转变成有序机械运动,再通过冰层厚度导热效率控制热循环,最后通过光热加强)

相关计算如下:

冰比重0.9,水凝固热(冰熔化热)334kJ/kg,百万立方米水凝固可释放热能约334000吉焦,一吉焦热能折合278千瓦时。三峡90米水头4.5立方米可发电一千瓦时,双江口222.7米水头165.36立方米可发83.41千瓦时(1.9825立方米发电1千瓦时)。抽水蓄能效率75%强。

假设冰坝长1000顶宽100底宽300高100米(边坡45°),体积2000万立方米,总凝固热相当于20×0.9×0.00334×278=16.71336亿千瓦时,可抽水16.71336×4.5×0.75=56.40759亿立方米(扬水升高90米)

冰坝长2000顶宽100底宽1140高300米(边坡30°),体积3.72亿立方米,总凝固热相当于372×0.9×0.00334×278=310.868496亿千瓦时,可抽水310.8685×1.9825×0.75=462.22亿立方米(扬水升高222.7米)

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