未来的水轮

径流式的概念由来已久，可以追溯到最简单的水轮形式（参见第一章），这种水轮翻动磨盘来研磨面粉。这种在工业革命时期横跨了欧洲、新英格兰的众多溪流和河流的低位差堰，其实是一种径流式水坝，其设计意图就是将持续稳定的水流输送到水轮上。这一古老的构思，如今正在重燃人们的兴趣，人们希望在只蓄积少量的水或是不蓄水的情况下，从自由流淌的水流和河流中产生少量的无碳电力。

微型水力发电设施，即最少能产生10千瓦电力，最多能产生100或200千瓦电力的水力发电装置（要看具体国家的情况），有着历史悠久的小众技术市场，在数十年内一直为偏远的社区提供电力。成千上万的微型水力发电设施，目前已经在中国、尼泊尔、巴基斯坦、秘鲁、斯里兰卡和越南投入运行。压力钢管是能将山脉河水引入隧道或水管的装置，它将水压到下方的一个小涡轮里，产生的电力足以满足一户或是好几户人家的需求。其他的变体，是上冲式水轮，或阿基米德式螺旋抽水机。在水量稳定、水不会被冻住的地方，如果调取的水量较少，微型水力发电就能提供稳定的、基于当地需求的电力供应，而且对环境造成的破坏也很小。

现在很多公司在销售这种采用旧技术原理的现代装置，将它同时应用于城市和农村。这些装置由轻量的金属薄片制成，并未采用木头，但基本原理是一致的。在英国，一家名为曼恩电力咨询的公司安装了60多个设备，大部分都配备了阿基米德式螺旋抽水机的现代版本。在英国众多被建筑包围的河流和旧磨坊之中，很多都有提供少量可再生能源的潜力，而且阿基米德式螺旋抽水机特别适合改造现有的低位差堰。水轮可以嵌到旧的水槽里，有时候，甚至能嵌入老旧的木质水轮曾经用过的、同一个水轮坑里。

在英格兰的诺森伯兰郡，一个名为“克雷格塞德”的维多利亚时期的庄园，曾经是全球首个使用水力发电的住宅。在近140年后，这一历史应用再度出现了，庄园现在的主人安装了一个长达17米的阿基米德式螺旋抽水机和微型水力涡轮，通过这一设施，能把庄园建有大坝的湖中的水运往河口。这一合力产生的无碳电能，能帮助克雷格塞德实现其一半电力出自可再生能源的目标。在意大利都灵，已经启动了一个大型项目，在一条古老的运河上安装了80个现代水轮，为2000多户家庭提供足够的电力。(https://www.daowen.com)

图7-1　阿基米德式螺旋抽水机和水轮的古代技术，在如今低碳能源革命中，重现江湖。设计合理的系统对环境的负面影响很小，而且经过改造，可以安装在古老的水轮遗址上，例如图中这台位于英格兰的抽水机。（曼恩电力咨询供图）

尽管从原理上来讲变化不大，但现代的阿基米德式螺旋抽水机和水轮仍是一项持续演进的技术。一家名为史密斯工程的英国公司正在销售由激光切割制成的、可以高效发电的上冲式水轮。这些水轮能从每秒仅有100升的河流排水中，产生5000瓦的电力，能在7年内收回成本。水轮是扁平包装的，就像宜家的家具一样，无需特殊工具便可组装。一家名为新能源公司的加拿大公司在销售一款垂直运转的涡轮，可以直接将它放置在溪流或河中，产生5至25千瓦的电力。这家公司也提供多种支撑装置（包括锚定的浮台，它可以在河水中固定涡轮，同时也避免阻碍水流），以及电能转换的设备，可以将生成的电力转成家用电力。