مبدأ توليد الطاقة الكهرومائية وتحليل الوضع الحالي لتطوير الطاقة الكهرومائية في الصين

لقد مرّ 111 عامًا منذ أن بدأت الصين بناء محطة شيلونغبا للطاقة الكهرومائية، وهي أول محطة للطاقة الكهرومائية في عام 1910. على مدار أكثر من 100 عام، حققت صناعة المياه والكهرباء في الصين إنجازات ملحوظة، بدءًا من السعة المُركّبة لمحطة شيلونغبا التي تبلغ 480 كيلوواط فقط، وصولًا إلى 370 مليون كيلوواط، مُحتلةً بذلك المرتبة الأولى عالميًا. نحن نعمل في صناعة الفحم، وقد نسمع بعض الأخبار عن الطاقة الكهرومائية، لكننا لا نعرف الكثير عنها.

اليوم، دعونا نفهم بشكل موجز الطاقة الكهرومائية من مبادئ وخصائص الطاقة الكهرومائية والوضع الحالي واتجاه تطوير الطاقة الكهرومائية في الصين.

01 مبدأ توليد الطاقة من الطاقة الكهرومائية

في الواقع، الطاقة الكهرومائية هي عملية تحويل الطاقة الكامنة للماء إلى طاقة ميكانيكية، ومن ثم إلى طاقة كهربائية. وبصورة عامة، يتم استخدام مياه النهر المتدفقة لتشغيل محركات توليد الطاقة، وتعتمد الطاقة الموجودة في النهر أو جزء من حوضه على حجم المياه وانخفاض منسوبها.

لا يخضع حجم مياه النهر لأي سيطرة قانونية، ونسبة انخفاضها مقبولة. لذلك، عند بناء محطات الطاقة الكهرومائية، يمكن اختيار بناء السدود وتحويل مسارها لتركيز الانخفاض، مما يحسن استغلال موارد المياه.

السد هو بناء سد في منطقة ذات انخفاض كبير، وإنشاء خزان لتخزين المياه ورفع مستوى المياه، مثل محطة الطاقة الكهرومائية في الخوانق الثلاثة؛ ويشير التحويل إلى تحويل المياه من الخزان العلوي إلى الخزان السفلي من خلال قناة التحويل، مثل محطة الطاقة الكهرومائية جينبينغ الثانية.

02 خصائص الطاقة الكهرومائية

تشمل مزايا الطاقة الكهرومائية بشكل أساسي حماية البيئة والتجديد والكفاءة العالية والمرونة وتكاليف الصيانة المنخفضة وما إلى ذلك.

ينبغي أن تكون حماية البيئة والطاقة المتجددة أهم مزايا الطاقة الكهرومائية. فهي تستخدم الطاقة المائية فقط، ولا تستهلك الماء، ولا تُسبب التلوث.

مجموعة مولدات التوربينات المائية، وهي المعدات الرئيسية لتوليد الطاقة الكهرومائية، لا تتميز بالكفاءة فحسب، بل بمرونة التشغيل والتشغيل أيضًا. يمكنها بدء التشغيل بسرعة من حالة السكون في دقائق معدودة، وإكمال عملية زيادة الحمل وخفضه في ثوانٍ معدودة. تُستخدم الطاقة الكهرومائية في مهام تقليل ذروة التشغيل، وتعديل التردد، ووضع الاستعداد للحمل، والاستعداد للطوارئ في نظام الطاقة.

لا يستهلك توليد الطاقة الكهرومائية الوقود، ولا يحتاج إلى عدد كبير من القوى العاملة والمرافق المستثمرة في التعدين ونقل الوقود، ولديه معدات بسيطة، وعدد قليل من المشغلين، وطاقة مساعدة أقل، وعمر خدمة طويل للمعدات وتكلفة تشغيل وصيانة منخفضة، وبالتالي فإن تكلفة إنتاج الطاقة لمحطة الطاقة الكهرومائية منخفضة، فقط 1 / 5-1 / 8 من تكلفة محطة الطاقة الحرارية، ومعدل استخدام الطاقة لمحطة الطاقة الكهرومائية مرتفع، يصل إلى أكثر من 85٪، والكفاءة الحرارية لمحطات الطاقة التي تعمل بالفحم حوالي 40٪ فقط.

تشمل عيوب الطاقة الكهرومائية بشكل رئيسي التأثر الكبير بالمناخ، والحدود الجغرافية، والاستثمار الكبير في المرحلة المبكرة، والأضرار التي تلحق بالبيئة الإيكولوجية.

تتأثر الطاقة الكهرومائية بشكل كبير بهطول الأمطار. يُعدّ وجودها في موسم الجفاف أو الأمطار عاملاً مرجعيًا مهمًا لشراء الفحم لمحطات الطاقة الحرارية. يستقر إنتاج الطاقة الكهرومائية حسب السنة والمقاطعة، ولكنه يعتمد على "اليوم" عند تفصيله حسب الشهر والفصل والمنطقة. لا يمكنها توفير طاقة مستقرة وموثوقة كالطاقة الحرارية.

هناك اختلافات كبيرة بين الجنوب والشمال في موسم الأمطار وموسم الجفاف. ومع ذلك، ووفقًا لإحصاءات توليد الطاقة الكهرومائية لكل شهر من عام 2013 إلى عام 2021، فإن موسم الأمطار في الصين يمتد من يونيو إلى أكتوبر تقريبًا، بينما يمتد موسم الجفاف من ديسمبر إلى فبراير تقريبًا. ويمكن أن يتضاعف الفرق في توليد الطاقة بين الموسمين. في الوقت نفسه، يمكننا أيضًا ملاحظة أنه في ظل زيادة القدرة المركبة، انخفض توليد الطاقة من يناير إلى مارس من هذا العام بشكل ملحوظ مقارنةً بالسنوات السابقة، بل إن توليد الطاقة في مارس يعادل حتى ما كان عليه في عام 2015. وهذا يكفي لتوضيح "عدم استقرار" الطاقة الكهرومائية.

توليد الطاقة الكهرومائية شهريًا من عام 2013 إلى عام 2021 (100 مليون كيلوواط/ساعة)

محدودية الظروف الموضوعية. لا يمكن بناء محطات الطاقة الكهرومائية في أماكن توفر المياه. فالجيولوجيا، وهطول الأمطار، وسرعة التدفق، وانتقال السكان، وحتى التقسيم الإداري، كلها عوامل تُعيق بناء محطات الطاقة الكهرومائية. على سبيل المثال، لم يُقرّ مشروع الحفاظ على مياه مضيق هيشان، الذي ذُكر في المؤتمر الوطني الشعبي عام ١٩٥٦، بسبب ضعف تنسيق المصالح بين قانسو ونينغشيا. وحتى هذا العام، ظهر هذا المشروع مجددًا في مقترح الدورتين، ولا يزال موعد بدء البناء غير معروف.

يتطلب إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية استثمارات ضخمة. وتتطلب أعمال التربة والصخور والخرسانة اللازمة لبناء محطات الطاقة الكهرومائية تكاليف ضخمة، بالإضافة إلى تكاليف إعادة توطين باهظة. علاوة على ذلك، لا يقتصر تأثير الاستثمار المبكر على رأس المال فحسب، بل يمتد إلى الوقت أيضًا. ونظرًا لضرورة إعادة التوطين والتنسيق بين مختلف الإدارات، ستتأخر دورة بناء العديد من محطات الطاقة الكهرومائية كثيرًا عن الموعد المخطط له.

لنأخذ محطة بايهتان للطاقة الكهرومائية قيد الإنشاء كمثال، فقد بدأ المشروع عام ١٩٥٨، وأُدرج ضمن "الخطة الخمسية الثالثة" عام ١٩٦٥. ومع ذلك، وبعد عدة تعقيدات، لم يبدأ العمل رسميًا إلا في أغسطس ٢٠١١. وحتى الآن، لم تُنجز محطة بايهتان للطاقة الكهرومائية. وباستثناء التخطيط التصميمي الأولي، ستستغرق دورة البناء الفعلية عشر سنوات على الأقل.

تُسبب الخزانات المائية الكبيرة فيضانات واسعة النطاق في الروافد العليا للسد، مما يُلحق الضرر أحيانًا بالأراضي المنخفضة ووديان الأنهار والغابات والمراعي. وفي الوقت نفسه، يُؤثر ذلك أيضًا على النظام البيئي المائي المحيط بالمحطة، ويؤثر بشكل كبير على الأسماك والطيور المائية وغيرها من الحيوانات.

03 الوضع الحالي لتنمية الطاقة الكهرومائية في الصين

في السنوات الأخيرة، حافظ توليد الطاقة الكهرومائية على النمو، لكن معدل النمو في السنوات الخمس الأخيرة منخفض

في عام 2020، ستبلغ قدرة توليد الطاقة الكهرومائية 1355.21 مليار كيلوواط/ساعة، بزيادة سنوية قدرها 3.9%. ومع ذلك، خلال فترة الخطة الخمسية الثالثة عشرة، شهدت طاقة الرياح والإلكترونيات الضوئية تطورًا سريعًا، متجاوزةً أهداف التخطيط، بينما لم تُحقق الطاقة الكهرومائية سوى نصف أهداف التخطيط تقريبًا. وعلى مدار العشرين عامًا الماضية، ظلت نسبة الطاقة الكهرومائية في إجمالي توليد الطاقة مستقرة نسبيًا، حيث تراوحت بين 14% و19%.

ومن معدل نمو توليد الطاقة في الصين، يمكننا أن نرى أن معدل نمو الطاقة الكهرومائية قد تباطأ في السنوات الخمس الأخيرة، وحافظ بشكل أساسي على حوالي 5%.

أعتقد أن أسباب التباطؤ تعود، من جهة، إلى توقف محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة، وهو أمرٌ مُشار إليه بوضوح في الخطة الخمسية الثالثة عشرة لحماية البيئة وإصلاحها. هناك 4705 محطات طاقة كهرومائية صغيرة تحتاج إلى إصلاح وإغلاق في مقاطعة سيتشوان وحدها؛

من ناحية أخرى، تعاني الصين من نقص في موارد تطوير الطاقة الكهرومائية الكبيرة. وقد شيدت الصين العديد من محطات الطاقة الكهرومائية مثل الخوانق الثلاثة، وقيتشوبا، وودونغده، وشيانغجيابا، وبايهيتان. قد لا تكون موارد إعادة بناء محطات الطاقة الكهرومائية الكبيرة سوى "المنحنى الكبير" لنهر يارلونغ زانغبو. ومع ذلك، نظرًا لطبيعة المنطقة الجيولوجية، وطبيعة المحميات الطبيعية، والعلاقات مع الدول المجاورة، فقد كان من الصعب حل هذه المشكلة سابقًا.

في الوقت نفسه، يتضح من معدل نمو توليد الطاقة في السنوات العشرين الأخيرة أن معدل نمو الطاقة الحرارية يتزامن بشكل أساسي مع معدل نمو إجمالي توليد الطاقة، بينما لا يرتبط معدل نمو الطاقة الكهرومائية بمعدل نمو إجمالي توليد الطاقة، مما يُظهر حالة "الارتفاع كل عامين". ورغم وجود أسباب لارتفاع نسبة الطاقة الحرارية، إلا أنه يعكس أيضًا عدم استقرار الطاقة الكهرومائية إلى حد ما.

نمو توليد الطاقة

ومن حيث نسبة توليد الطاقة، يمكننا أن نرى أيضًا أنه على الرغم من أن صناعة الطاقة الكهرومائية تطورت بسرعة في السنوات العشرين الماضية، وأن توليد الطاقة الكهرومائية في عام 2020 هو خمسة أضعاف ما كان عليه في عام 2001، إلا أن النسبة في إجمالي توليد الطاقة لم تتغير بشكل كبير.

في سياق انخفاض نسبة الطاقة الحرارية، لم تلعب الطاقة الكهرومائية دورًا كبيرًا. ورغم تطورها السريع، إلا أنها لا تستطيع الحفاظ على نسبتها في إجمالي توليد الطاقة إلا في ظل الزيادة الكبيرة في توليد الطاقة على المستوى الوطني. ويعود انخفاض نسبة الطاقة الحرارية بشكل رئيسي إلى مصادر الطاقة النظيفة الأخرى، مثل طاقة الرياح، والطاقة الكهروضوئية، والغاز الطبيعي، والطاقة النووية، وغيرها.

التركيز المفرط لموارد الطاقة الكهرومائية

يُمثل إجمالي توليد الطاقة الكهرومائية في مقاطعتي سيتشوان ويوننان ما يقرب من نصف إجمالي توليد الطاقة الكهرومائية على المستوى الوطني، والمشكلة الناتجة عن ذلك هي أن المناطق الغنية بموارد الطاقة الكهرومائية قد لا تتمكن من استيعاب توليد الطاقة الكهرومائية المحلي، مما يؤدي إلى هدر الطاقة. يأتي ثلثا مياه الصرف والكهرباء في أحواض الأنهار الرئيسية في الصين من مقاطعة سيتشوان، بما يصل إلى 20.2 مليار كيلوواط/ساعة، ويأتي أكثر من نصف الكهرباء المهدرة في مقاطعة سيتشوان من المجرى الرئيسي لنهر دادو.

شهد قطاع الطاقة الكهرومائية في الصين تطورًا سريعًا على مستوى العالم خلال السنوات العشر الماضية. وكادت الصين أن تقود نمو الطاقة الكهرومائية العالمية. وتساهم الصين بنحو 80% من نمو استهلاك الطاقة الكهرومائية العالمي، ويمثل استهلاكها أكثر من 30% من إجمالي استهلاك الطاقة الكهرومائية العالمي.

ومع ذلك، فإن نسبة هذا الاستهلاك الضخم للطاقة الكهرومائية من إجمالي استهلاك الطاقة الأولية في الصين أعلى بقليل من المتوسط ​​العالمي، حيث بلغت أقل من 8% في عام 2019. وحتى لو لم تُقارن بدول متقدمة مثل كندا والنرويج، فإن نسبة استهلاك الطاقة الكهرومائية أقل بكثير من نسبة البرازيل، وهي دولة نامية. تمتلك الصين 680 مليون كيلوواط من موارد الطاقة الكهرومائية، لتحتل المرتبة الأولى عالميًا. وبحلول عام 2020، ستبلغ الطاقة الكهرومائية المُركّبة 370 مليون كيلوواط. ومن هذا المنطلق، لا يزال أمام صناعة الطاقة الكهرومائية في الصين مجال واسع للتطور.

04 اتجاه التطور المستقبلي للطاقة الكهرومائية في الصين

ستشهد الطاقة الكهرومائية تسارعًا في نموها خلال السنوات القليلة المقبلة، وستواصل زيادة نسبتها في إجمالي توليد الطاقة.

من ناحية أخرى، خلال فترة الخطة الخمسية الرابعة عشرة، يمكن تشغيل أكثر من 50 مليون كيلوواط من الطاقة الكهرومائية في الصين، بما في ذلك محطتي وودونغده وبايهيتان للطاقة الكهرومائية التابعتين لمجموعة الخوانق الثلاثة ومحطة الطاقة الكهرومائية في الروافد الوسطى لنهر يالونغ. علاوة على ذلك، تم تضمين مشروع تطوير الطاقة الكهرومائية في الروافد السفلى لنهر يارلونغ زانغبو في الخطة الخمسية الرابعة عشرة، بموارد قابلة للاستغلال تقنيًا تبلغ 70 مليون كيلوواط، وهو ما يعادل أكثر من ثلاث محطات طاقة كهرومائية في الخوانق الثلاثة. وهذا يعني أن الطاقة الكهرومائية ستُدخل تطورًا كبيرًا مرة أخرى؛

من ناحية أخرى، من الواضح أن انخفاض حجم الطاقة الحرارية أمر متوقع. سواء من منظور حماية البيئة وأمن الطاقة والتطور التكنولوجي، ستستمر الطاقة الحرارية في التراجع في أهميتها في مجال الطاقة.

في السنوات القليلة القادمة، لا تزال سرعة تطور الطاقة الكهرومائية محدودة للغاية مقارنةً بسرعة تطور الطاقة الجديدة. حتى من حيث نسبة توليد الطاقة الإجمالية، يُمكن تصنيفها ضمن المتأخرين في مجال الطاقة الجديدة. وإذا طال أمد هذه الفترة، يُمكن القول إنها ستتفوق عليها الطاقة الجديدة.

ويتوقع ليو شي يو، مدير إدارة التخطيط في معهد تخطيط الطاقة الكهربائية العامة، أنه خلال فترة الخطة الخمسية الرابعة عشرة، ستتجاوز القدرة المركبة للطاقة الجديدة في الصين 800 مليون كيلووات، وهو ما يمثل 29٪؛ وسيصل توليد الطاقة السنوي إلى 1.5 تريليون كيلووات في الساعة، متجاوزًا الطاقة الكهرومائية.