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广袤无垠的宇宙,一颗蓝色星球——地球,是人类的家园。水,生命的摇篮,万物之源。地球上不同地方的水,通过吸收太阳的能量,改变状态到地球上另外一些地方,这种现象被称为水循环。太阳不仅影响着地球的水循环,其所带来的风和光都与人类活动息息相关。

     中国,一个有着悠久历史文明和960万平方公里的东方大国,东临太平洋,西瞰印度洋,绵延1500公里的秦岭山脉将其一分为二,形成南北囧异的独特地理气候环境, 其结果就是南方经常水多成灾,北方则是滴雨难求。   

      长江流域以南国土面积是36%,但是水资源量是80%,黄河、淮河、海河三个流域它的国土面积是我们国家的40%,水资源量只有8%,从这个国情出发就迫切需要南水北调。1952年,毛泽东同志在视察黄河时提出:“南方水多,北方水少,如有可能,借点水来也是可以的。”这是南水北调的宏伟构想首次提出。经过几代人的艰苦努力,南水北调中线和东线工程都已顺利建成投入运行,对于缓解北方缺水发挥了重要作用。

     水资源之外,电与人们生活生产也息息相关,风电、光电都是太阳赠予地球的宝贵财富,属于可再生的新能源,我国的“三北”地区(西北、华北和东北)具有丰富的风力和光热资源。

     2019年的国家统计公报显示,风力和光伏发电都保持了两位数的增长,但是实际上,新能源开发仍然面临着困境,供需不匹配导致出现大量的“弃风、弃光、弃水”,2016年我国新能源的弃电量超过三峡电站一年的发电量。另外,大自然中,风时大时小,光照受制于昼夜交替和天气变化,风能和光能是一种不稳定的能源,对电网的稳定运行构成挑战。

     抽水储能,是在电力负荷低谷期将水从下水库抽到上水库,将电能转化成重力势能储存起来,在电网负荷高峰期释放的能源储存方式。近二十年以来,我国已建成30余座抽水蓄能电站,服务于电网的调节运行,有没有可能利用它为水的调配带来改变呢?南京河海科技调水储能研究所技术团队,深入研究了我国水资源调配和电能储存的关系,将两者巧妙结合,提出一个全新的概念和技术思路——调水储能

     抽水蓄能的水是在下水库到上水库之间来回循环,陈阳宇团队做了一个小小的创新——在流域分水岭之间,选取山间盆地作为上水库,从流域的一边抽上来,而从流域的另一边下去发电。既实现了抽水储能和发电过程,同时又实现了流域两边水资源的输送。

     将水利行业的调水工程与电力行业的储能工程巧妙地结合在一起,在实现常规抽水蓄能电站储能功能的同时实现调水工程的跨流域调水。小小的创新往往会产生意想不到的效果,基于调水储能这一创新思路,陈阳宇教授技术团队提出了更加大胆的计划——建设中国储能水网

     中国储能水网将我国的西南水系、珠江、长江、淮河、黄河、海河、西北水系、东北水系实现连通,形成一个覆盖我国大陆既能实现南水北调又能实现北电南用的大型储能水网!陈阳宇教授将建设中国储能水网的战略构想命名为“水沃中华”战略。据技术团队测算,“水沃中华”战略的实施需要总投资约四万亿元,主要在汛期调水,每年可从南方调往北方洪水资源600亿方,相当于在北方增加一条黄河的水量,北方生态生存环境将大幅改善,沙漠扩大的趋势将得到有效扼制,北方较为严重的雾霾和沙尘天气可望得到缓解和根治;同时可充分发挥三峡工程的水资源配置功能,削减长江流域汛期洪水约10%,减轻南方防洪抗洪压力;能源方面,初步测算可提供4亿千瓦储能发电装机规模,每年可消纳清洁新能源超过一万亿千瓦时,大量减排二氧化碳,有效解决电网弃能问题;全国可利用土地将增加10%;短期投资拉动的GDP产出将达到10万亿级别;长期来看,水资源-能源-粮食-生态环境的整体产出效益将超出100万亿元。

     这不是异想天开!首先,宏观着眼点是南方丰富的水资源与北方丰富的风力、光热资源进行双向置换;其次,从微观实现上,依靠抽水蓄能电站成熟的技术和丰富的建设经验,充分利用现有水利工程的布局和天然河道的水流输送能力,只在流域的分水岭之间巧妙选址修建储能电站,实现全国水系连通,这有坚实的科学原理和技术基础且可大大节省工程量;第三,水沃中华战略不是某一单项工程,它是一项大型基础设施开发计划,由多项工程组成,每项工程可以单独建成发挥效益,又可区域组网甚至全国组网运行发挥整体效益。

     安徽黄山,天下闻名。黄山归来不看山,这里环境优美,“生态优先,绿色发展”已成为黄山市重要的发展理念。从2019年开始,黄山市与南京河海科技调水储能研究所共同谋划了“休宁里庄抽水蓄能电站”项目,该项目已列入《长三角经济一体化发展规划纲要行动计划》,黄山市成为中国储能水网建设的第一步落脚点。该项目正好巧妙的利用新安江流域和鄱阳湖水系分水岭休宁县里庄作为上库,目前正在建设的月潭水库的上游选择了一个地址作为下库。项目建成以后,不但可以发电储能,同时可以在新安江流域和鄱阳湖水系之间进行调水,进行水资源配置。

     一渠清水向北流,世人瞩目的南水北调中线工程!其配套工程——引江补汉工程即将投入建设。该工程将通过从长江向汉江调水,增加向北调水的水量,同时,也可以进一步保障汉江中下游的生态用水。根据陈阳宇团队的研究成果,“引江补汉”调水工程沿大宁河—大巴山一线可以建成调水储能工程,在解决调水的同时,又能为整个电网进行储能,将成为中国储能水网的一项关键工程。

     科技日新月异,人类认识自然达到了前所未有的深度和广度。未来的中华大地上,处处是绿水青山,肥田沃土,人水和谐,生机勃勃,“水沃中华”的科学构想为此提供无限可能。

 

 

中央广播电视总台-中央新影发现之旅频道播出《纪录东方之水沃中华》

2021-01-15