把水電站塞進水管：我們正在開啟世界上最大的“免費用電”入口？

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買一座水電站，讓它穿過哆啦A夢的縮小隧道，然后再把它裝進自來水管里。

恭喜你，你找到了這個世界上最大的免費用電入口，它就是——管道內水輪發電。（In-pipe Hydropower）。

雖然我們每天都在用自來水，卻很少意識到，把水送到咱們家里，其實是一件極其耗電的工程。首先，水源需要從河流、湖泊或者地下幾百米深處被抽出來，這就需要巨大的電泵。接著，水被送到凈水廠進行復雜的過濾和凈化。最關鍵的環節在后面：為了讓水流能通過城市幾千公里的管網，精準地推送到每一個高層建筑的角落，供水系統必須有一整套強大的加壓系統。

根據國際能源署（IEA）和相關能源報告的數據，全球范圍內，供水和污水處理系統的能耗約占人類總能源消耗的4%左右。 這是一個什么概念？它產生的碳排放量已經接近整個航空業的水平。換句話說，我們每用一噸水，背后都消耗了大量的電力。城市水網本質上就是一個巨大的隱形耗能機器，而且這個成本最終都平攤到了每個人的水費和電費里。

但其中最讓人受不了的是，這些好不容易加壓產生的能量，并沒有被完全利用，反而被人為地浪費掉了。

為了保證你打開水龍頭時水流夠大，供水系統必須維持較高的壓力。但壓力又不能無限制增高，否則老舊的水管會爆裂。所以，在城市管網中，每隔一段距離就必須安裝一種叫減壓閥（PRV）的裝置。它的作用非常簡單且粗暴：當水壓超過安全值時，它就強行制造阻力把壓力釋放掉，讓水流恢復到安全范圍。

這在能源邏輯上是極其荒謬的——我們先消耗大量電力把水加壓，將其儲存為勢能，然后又在管網末端親手把這些勢能全部釋放掉，轉化成毫無用處的熱能和噪音。 這就好比你開著車，為了不超速，一邊猛踩油門，一邊又猛踩剎車，那些磨掉的剎車片就是流失的真金白銀。

你會甘心嗎？反正有人是不甘心，于是他們發明了管道內水輪機。而這玩意兒做的事，就是把這個過程反過來。

它用一個微型水輪發電機替代了傳統減壓閥的位置。當湍急的水流經過這里時，不再是簡單地撞墻降壓，而是推動高強度的葉片旋轉，帶動外部的發電機產生電流。整個過程中，水流依然被減壓到了安全水平，但在這個過程中，原本被白白浪費的壓力轉化成了綠色的電力。

從原理上說，這和水電站完全一樣。 只不過傳統水電站利用的是大壩的高度差，而這里利用的是城市供水系統本身已經存在的壓力差。而且這種系統采用了食品級材料，安裝在旁通管道上，完全不會影響供水安全，也不會減少水量，它只是“順手”把廢能回收了回來。

這些系統有的已經在現實當中成熟運行了。例如在美國波特蘭，供水管道中的 LucidPipe 發電系統已經運行多年。這些管道直徑超過一米，產生的電力直接并入城市電網，為路燈和市政基站供電。在土耳其的馬尼薩，這種技術甚至讓供水公司實現了電力自給自足，多余的電還能賣錢。

美國能源部的估算認為，僅美國現有的供水系統，如果全面加裝這種裝置，就有可能提供超過1吉瓦（1000兆瓦）的發電能力。 這相當于一百萬戶普通家庭的用電規模，或者一座大型核電站的輸出量。

更重要的是，這種技術幾乎不需要額外占用地面空間，也不需要改變現有的城市結構，非常適合人口密集的城市。在像印度或東南亞這種大規模建設新城的地區，如果從規劃階段就把發電系統整合進水網，成本會更低，潛力也更大。

此外，這些裝在水管里的發電機還能兼職當“監測器”。因為它們需要實時監控水流和壓力，所以能第一時間發現管道哪里漏水了、哪里壓力異常了。要知道，很多城市管網的漏損率高達20%以上，這種自供電的監測能力，能幫市政省下大筆的維修費。

你看，人類花了上百年，把水送進城市，過去我們只盯著水本身。但現在，在全球追求碳中和的大背景下，我們終于開始意識到，在把水送來的同時，那些奔騰在管道里的壓力，其實也是源源不斷的電。

能量從來沒有消失，它只是換了一種方式守候在我們的腳下。現在，是時候把它們收回來了。

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