管道即电厂：城市如何利用供水系统生产清洁能源

Dave Moldal是俄勒冈州能源信托基金会（Energy Trust of Oregon）的高级项目经理，该基金会是一家独立的非营利组织，致力于帮助人们减少能源消耗、降低费用并受益于清洁可再生能源。

每天，水流经数千英里的市政管道，抵达家庭和企业，供饮用和使用。在水从源头流向终端用户的过程中，系统中多余的水压通过减压阀（一种确保水压不过高的工程安全装置）被消散。在俄勒冈州，越来越多的城市发现，这种水压可以转化为清洁、节约成本的电力。

俄勒冈城市的实践

2020年，希尔斯伯勒市成为美国首批在现有减压阀处安装管道内水电系统的城市之一。这种“管道内”水轮发电机组每年产生超过200兆瓦时的无碳电力，足以抵消附近希尔斯伯勒棒球场的大部分用电量。

2025年，比弗顿市完成了对其关键市政设施——塞克斯顿山泵站的改造。在俄勒冈州能源信托基金会的项目开发援助和安装激励支持下，该市设计并安装了一台管道内水轮发电机组，预计每年可产生约426兆瓦时的无碳可再生电力，并抵消该泵站约27%的能源负荷。着眼未来，比弗顿的工程师还将泵站设计为可容纳另一台水轮发电机组，以备未来水流增加时使用。

图拉丁市今年在其市政服务中心完成了类似项目。该系统每年将产生约250兆瓦时的可再生电力，并带来约14,000美元的年电费节省。该项目还预留了线路，以支持该市未来增加电池储能和建立微电网的计划。

俄勒冈州的经验表明，这是全美各城市可复制的模式。

工作原理

该技术并不复杂。供水系统中的水轮发电机组捕获水流，水流带动涡轮旋转从而发电。但并非每个减压阀都具备改造条件。必须有足够大的管道、足够的压差、足够的流量，并且理想情况下，能够进行净计量或靠近电网并网点，以便将电力输送到电网。

在俄勒冈州，净计量往往是决定这些系统经济性的关键。净计量系统不是以规避成本电价将电力卖回给公用事业公司，而是使电表倒转，以零售电价给予设施信用额度。这种差异——以零售电价而非批发电价回收价值——可能是项目财务可行性的关键因素。

经济实惠且具有韧性

全美能源成本正在上升。这一趋势本身就有利于小型分布式可再生能源系统的经济性评估。但管道内水电几乎总是需要多层资金支持才能达到合理的投资回收期。

资金组合因州和社区而异，可能包括州能源办公室项目、联邦投资税收抵免和公用事业可再生能源激励。关键是在对管道内水电系统做出“可行/不可行”决策之前，识别所有可用资金。许多市政的目标是10年投资回收期，在合适的激励和场地条件下，这是可以实现的。

如果安装和维护得当，管道内水电系统可有效运行50至100年。只要管道中有水流动——而且几乎总是如此——涡轮机就会发电。这对于韧性和应急规划很有帮助，因为关键设施需要持续供电。

图拉丁市在建设其项目时就明白，管道内水电是未来韧性的基础。该市安装了额外的管道和电气基础设施，以支持未来的电池储能和潜在微电网。本德市正在进一步推进这一概念，计划在其Outback饮用水处理厂建设一个1.2兆瓦的管道内系统，与太阳能和电池储能配合，足以满足整个设施的用电需求。

水电、太阳能、电池、微电网的“全套组合”是一项重大的基础设施投资。但随着电价上涨以及社区面临野火、极端天气和老化的输电基础设施带来的电网压力，许多俄勒冈州城市正在规划创新解决方案，而不是日后仓促应对。

如何启动

如果你是公共工程主管、运营主管或可持续发展经理，想知道你的供水系统是否具备这种潜力，首先要确定你的目标是什么。是降低运营成本？实现清洁能源目标？为关键设施创建备用电源？这些问题的答案将决定哪种技术更合适以及如何优先安排投资。

接下来，预可行性研究将这些目标转化为实际数据。是否存在可替换为管道内水轮发电机组的可行减压阀？这些阀门的压力和流量是多少？最近的电力负荷或并网点在哪里？项目成本是多少？有哪些资金可以弥合缺口？这些问题需要工程专业知识来回答，但它们是任何推进决策的基础。

考虑这类系统的最佳时机是在计划中的阀门更换之前，而不是之后。这些项目最好在资本改进计划的早期阶段纳入，而不是生硬地附加到已在进行中的流程上。