科学汇|新安江水电站扛住万年一遇洪水的秘密

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钱江晚报.小时新闻记者  郑琳  文/摄


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新安江电站九孔泄洪  帅以政摄

2020年7月7日凌晨,新安江电站上游歙县等地,遭遇五十年一遇的洪水。10时,电站建站61年来第7次正式泄洪,次日9时,电站首次九孔全开。很多同学都在新闻上看到了九孔泄洪的震撼场面,不禁要问:

水电站能扛多大的洪水?泄洪的水可以发电吗?水电站是如何工作的?

记者亲自来到新安江水电站,邀请运维部书记卢江,和党建部负责人帅以政两位专家来为大家解密。

新安江电站党建负责人帅以政

卢江  新安江电厂运行维护部党支部书记、高级工程师、高级技师、国家电网公司专家

新安江大坝能扛万年一遇大洪水

今年的这次洪水,不仅让新安江水电站首次开了九孔泄洪,还一举破了水库水位、实际库容、出库流量3项纪录!

抵挡了这样的洪水,对于已经61岁的新安江水电站来说,是不是非常厉害?

其实不是。因为,新安江水电站是钱塘江控制性水利工程,在设计时,就以能扛住“万年一遇洪水”的标准来规划的。

泄洪以后的新安江电站

什么是万年一遇的洪水?我们可以从这个数据来窥见一二——洪水流量是48500立方米每秒,一个标准游泳池的容量是2500立方米。也就是说,新安江大坝理论上可以承受一秒钟19.4个游泳池的入库水量。

今年的洪水,最大入库洪峰是22100立方米,仅为“万年一遇”标准的45.6%。对于电站大坝的承受力来说,这个水量还只是“小菜”。

除了入库洪峰值,其他几个数值也很重要。

“万年一遇”的校核洪水位是114米,而本次洪水的最高水位是108.39米。

新安江水电站总库容是216.26亿立方米,约等于1513个西湖。本次洪水最大实际库容是180.86亿立方米,还可以再来240多个西湖才会灌满。

大家看到9孔泄洪,最大的出库流量达到了7680立方米每秒。但这也并不是电站的能力上限,因为水位的关系,新安江水电站实际上具有的最大下泄流量是13200立方米每秒。

所以虽然开了全部九个孔,实际上泄洪能力才用到58%。

在距离新安江电站下游4公里的罗桐埠段,古人曾在那里记载洪水的高度。根据史料显示,新安江历史上有记载的最大洪水是276年前的清乾隆九年,最大洪峰25200立方米,比今年的还大。而最早的一次有记载的洪水是481年前的明嘉靖十八年,约为16000-18000立方米每秒。

水力发电原理  姬臣制图

泄洪的水可以发电吗?

新安江水电站有九个泄洪孔,它们到底长什么样?

走在坝顶上,可以看到巨大的橘红色的起重机,像楼房一样矗立着。起重机下面就是溢洪道和溢洪门。溢洪门高10.5米,宽14.47米,重83吨,是个大闸门。

坝顶的起重机

闸门的上沿是海拔109.5米,一旦水位高过109.5米,溢洪门就吊不起来了。洪水来的时候,就由上方的两台起重机把闸门吊起来。所以,洪水在达到这个高度前要把九个闸门都打开。

在水位低于106.5米的“汛限水位”以前,新安江水库的水位可以由华东电网调度。因为大家都知道,水电站的水就是电能的来源,在没有危险的时候,水都是用来发电的。

一旦水位高过106.5米,就有了洪灾的危险。调度权就要转交给浙江省防汛指挥部,决定是否泄洪、如何泄洪。

那么泄洪的水流还可以用来发电吗?

不能。因为溢洪门和发电机取水口不是同一个通道。。发电机取水口的高度大多在海拔73-85米,要低于溢洪门的下沿。

发电机的转轮中心线所在位置是海拔24米,靠近大坝的底部。新安江电站共有9个发电机组,其中4号机组是最早建造的。在4号机组旁边的墙上挂着周恩来总理的题词:“为我国第一座自己设计和自制设备的大型水力发电站的胜利建设而欢呼!”

水轮发电机

 新安江大坝是“空心”的

里面有个“宽缝”

大家在电视里看到水坝的时候,可能会以为那是个实心的大块头。实际上,大坝内部是“空心”的,许多设备都设置在大坝内部,工作人员也经常需要进入。

乘坐电梯进入大坝内部,就像是进入了一个高层建筑。

大坝有9层

新安江大坝一共有9层。第9层是坝顶;1层和2层是发电机层,发电机组就在这里面。

3层到6层被称为“廊道”,这是纵横交错的通道,就像地道战里的防空地道一样。廊道是以海拔高度命名的,比如“38廊道”,意思是这个廊道海拔高度38米。

所以这四层廊道分别是38廊道、61廊道、70廊道和85廊道。

廊道里阴暗潮湿,走在里面很容易迷路。据说有时候还会遇到蛇,所以廊道洒有驱蛇药粉。

工作人员需要时不时进来各种维护和检测。

除了这些细长的廊道,新安江大坝里还有若干个“宽缝”,缝宽5—8.5米,走进去是一个非常幽深的空间。宽缝的作用很多,有利于坝体散热、坝基排水、降低坝基扬压力,以及节约混凝土工程量。所以新安江大坝是一个“混凝土宽缝重力坝”。

兴趣小组:

水电站如何发电

电网如何分配电能

水力发电的原理,是利用水位落差,驱动水轮发电机发电。

水从高处落下,其势能转变成了水轮转动的机械能。机械能再通过发电机转变成电能。

水轮发电机的原理,就是初中科学课本里学过的法拉第电磁感应定律:闭合的导体切割磁场能产生电场。水轮机转动时,带动转子产生旋转的磁场,当定子线棒置于这个旋转磁场周围,就相当于闭合导体在切割磁场,电能就产生了。

新安江电站发出的电是13800伏,通过变压器升到22万伏,送到华东电网。

华东电网属于国家电网的一部分,位于中国东部,包含上海、浙江、江苏、安徽、福建五省市,是全球最大单一国家区域电网。

今年到目前为止,华东电网最大瞬时用电负荷是2.56亿千瓦,而整个华东电网的装机容量有4.39亿千瓦,并且还有5000万千瓦区外来电,因此用电总体是供大于求。

华东电网中的水电有2000万千瓦,新安江电站装机85万千瓦,每小时85万度电。

电能的一大问题是难以存储,所以发电厂发出的电,必须通过电网及时分配给用户使用,不能多也不能少,否则会造成电网频率变化。而交流电频率是电能质量的一个很重要的指标,直接关系到许多电能驱动设备的产品质量。交流电频率的国家标准是50HZ,华东电网的合格范围是50正负0.1HZ。一个白炽灯在40HZ下就会明显闪烁了,而高精尖的仪器对交流电的频率更为敏感。

考考你


出题老师 : 杭州市建兰中学科学教研组长  曹健




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最新评论
糖宝
糖宝

太厉害了

186****5275
186****5275

区外来电是帮人家解决问题,不是华东电网的电不够用。

比十今心🍆
比十今心🍆

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春晓
春晓

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快乐朱
快乐朱

华东电网供大于求?浙江省网每年外购电是怎么回事

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