奔流的能量
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奔腾不息的江河似乎永远也不会疲倦。你一定听过“水往低处流”，江河正是在一刻不停地从高处往低处流，只是平常我们看到的水流落差没有那么大。如果你站在落差足够高的瀑布下，就会被水流从高处倾泻而下的壮观景象震撼到——这里面一定蕴藏着巨大的能量！
要怎么才能把水流的能量利用起来呢？在各种机器被发明出来以前，古人们已经知道“顺水推舟”，还会在河流上架起像摩天轮一样的水车，让水流推动水车转动，然后把河水送到农田里用于灌溉。
随着工业文明的发展，我们制造出了发电机，可以将其他形式的能量转化为电能，水流中的能量也被用来发电。我们在河流上建起了大大小小的水力发电站，来自大自然的水流能量就是在那里摇身一变，成了推动人类社会运转的电能。水力发电站又是如何做到的呢？
关键就在于如何利用好水流的势能，更准确地说是重力势能。势能指的是物体在一个系统中，凭借它的相对位置获得的能量，而重力势能特指物体由于被举高，受重力作用而拥有的能量。怎么理解呢？想象一个摆在窗台上的花盆，静静地呆在那里，看起来似乎没什么能量，但如果它不小心从窗台上掉下去了，要是砸到人那可就非常危险了！落下的花盆会加速下落正是因为它在重力的作用下，将重力势能转化为了动能。花盆越重、放得越高，落下来冲击力就越大，这正是因为物体的质量越大、相对位置越高，所拥有的重力势能越大，能转化成的动能也越大。所以小朋友们一定要注意，不要把花盆等物品放在没有防护栏的窗台上。
回到江河中，水和花盆一样也拥有重力势能，相对位置越高重力势能越大，这就是为什么瀑布越高，落下来的时候越壮观，飞溅地越厉害。利用水位差形成的势能，我们在水流落下的地方安装了水轮机，让水流带动水轮机转动，这样水的势能就被转化为了水轮机的机械能（包括动能和势能），转动起来的水轮机再带动发电机工作，把机械能转化为电能。
但有时候，一些河流并没有那么高的水位差来提供足够的势能，这时候我们就需要水坝来制造落差。在水坝的拦截下，水被积蓄在了水库里，达到一定的水位高度后再放出去，这样的水流水量充足、位置够高，势能自然就大，发电的效果也更好。
更重要的是，水流中的能量是一种可再生能源，我们只利用它的势能，还能循环再利用，而不像煤炭、石油那样消耗完就没了，而且也不会产生污染物或大量的温室气体。不过水力发电站还是有可能对当地的自然生态造成影响，需要我们在建造前充分考虑到这一点。
如今水力发电已经成为了可再生能源发电中的主力军。在我国，水力发电更是仅次于火力发电的电能来源。我们在长江流域建造的三峡水电站是世界上规模最大的水力发电站，不仅发电量惊人，也带来了防洪、通航、养殖、旅游等综合效益。
除了江河湖泊的水能，其实大海的潮汐能、波浪能同样也可以用来发电，只是现在技术还不够成熟。随着科技的进步，科学家甚至已经做到了用一滴水落下的能量点亮100盏LED灯！所以说，水不仅是我们赖以生存的生命之源，也是我们非常重要的能量之源。
参考资料：
http://www.enedu.org.tw/GreenEnergy/ge-2.php
https://www.re.org.tw/knowledge/more.aspx?cid=202&id=681
http://www.iwhr.com/zgskywwnew/kpzc/kpwz/webinfo/2018/05/1527553708598011.htm
https://www.studentenergy.org/topics/hydro-power
https://www.in-en.com/article/html/energy-2288284.shtml
http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/2020/2/202021222122645454840.shtm
作者：Mirror
审稿：于颖卓，中科院地理科学与资源研究所博士
