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

مرّت 111 سنة منذ أن بدأت الصين بناء محطة شيلونغبا الكهرومائية، أول محطة كهرومائية في العالم عام 1910. خلال هذه السنوات التي تجاوزت المئة، حقق قطاع المياه والكهرباء في الصين إنجازاتٍ باهرة، إذ ارتفعت القدرة المركبة لمحطة شيلونغبا من 480 كيلوواط فقط إلى 370 مليون كيلوواط، لتحتل بذلك المرتبة الأولى عالميًا. نحن نعمل في قطاع الفحم، ونسمع بعض الأخبار عن الطاقة الكهرومائية، لكن معرفتنا بصناعة الطاقة الكهرومائية محدودة.

اليوم، دعونا نفهم بإيجاز الطاقة الكهرومائية من خلال مبادئها وخصائصها، والوضع الحالي واتجاهات تطويرها في الصين.

1- مبدأ توليد الطاقة الكهرومائية

في الواقع، الطاقة الكهرومائية هي عملية تحويل الطاقة الكامنة في الماء إلى طاقة ميكانيكية، ثم من الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. وبشكل عام، تعتمد على استخدام مياه النهر المتدفقة لتشغيل المحرك لتوليد الطاقة، وتعتمد الطاقة الموجودة في النهر أو جزء من حوضه على حجم المياه وانحدارها.

لا تخضع كمية مياه النهر لأي جهة قانونية، وبالتالي فإن انخفاض منسوبها أمر طبيعي. لذلك، عند إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية، يمكن اختيار بناء السدود وتحويل مسار المياه لتركيز هذا الانخفاض، مما يُحسّن من معدل استغلال موارد المياه.

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

02 خصائص الطاقة الكهرومائية

تشمل مزايا الطاقة الكهرومائية بشكل رئيسي حماية البيئة وتجديدها، والكفاءة العالية والمرونة، وانخفاض تكلفة الصيانة، وما إلى ذلك.

ينبغي أن تكون حماية البيئة والطاقة المتجددة أكبر ميزة للطاقة الكهرومائية. فهي تستخدم الطاقة الموجودة في الماء فقط، ولا تستهلك الماء، ولن تسبب التلوث.

تُعدّ مجموعة مولدات التوربينات المائية، وهي المعدات الرئيسية لتوليد الطاقة الكهرومائية، فعّالة للغاية، فضلاً عن مرونتها في التشغيل والبدء. إذ يُمكنها بدء التشغيل بسرعة من حالة السكون في غضون دقائق معدودة، وإتمام عمليات زيادة الحمل وخفضه في غضون ثوانٍ معدودة. ويمكن استخدام الطاقة الكهرومائية في مهام تخفيف ذروة الطلب، وتعديل التردد، وتوفير الطاقة الاحتياطية، والاستعداد لحالات الطوارئ في نظام الطاقة.

لا تستهلك الطاقة الكهرومائية الوقود، ولا تحتاج إلى عدد كبير من القوى العاملة أو المرافق المستثمرة في استخراج ونقل الوقود، كما أنها تتميز بمعدات بسيطة، وعدد قليل من المشغلين، وطاقة مساعدة أقل، وعمر خدمة طويل للمعدات، وتكلفة تشغيل وصيانة منخفضة، لذلك فإن تكلفة إنتاج الطاقة في محطة الطاقة الكهرومائية منخفضة، حيث تبلغ 1/5 إلى 1/8 فقط من تكلفة محطة الطاقة الحرارية، ومعدل استخدام الطاقة في محطة الطاقة الكهرومائية مرتفع، حيث يصل إلى أكثر من 85%، بينما تبلغ الكفاءة الحرارية لمحطات الطاقة التي تعمل بالفحم حوالي 40% فقط.

تشمل عيوب الطاقة الكهرومائية بشكل رئيسي التأثر الكبير بالمناخ، والقيود المفروضة بالظروف الجغرافية، والاستثمار الكبير في المرحلة المبكرة، والإضرار بالبيئة الإيكولوجية.

تتأثر الطاقة الكهرومائية بشكل كبير بهطول الأمطار. ويُعدّ تحديد ما إذا كان موسم الجفاف أو موسم الأمطار عاملاً مرجعياً هاماً في تحديد مصادر الفحم اللازمة لمحطات الطاقة الحرارية. ويُعتبر توليد الطاقة الكهرومائية مستقراً على مدار السنة والمحافظة، ولكنه يعتمد على "اليوم" عند حسابه بدقة على مستوى الشهر والربع والمنطقة. ولا يُمكنها توفير طاقة مستقرة وموثوقة مثل الطاقة الحرارية.

توجد اختلافات كبيرة بين الجنوب والشمال في موسم الأمطار وموسم الجفاف. ومع ذلك، وفقًا لإحصاءات توليد الطاقة الكهرومائية شهريًا من عام 2013 إلى عام 2021، يمتد موسم الأمطار في الصين عمومًا من يونيو إلى أكتوبر، بينما يمتد موسم الجفاف من ديسمبر إلى فبراير. وقد يصل الفرق في توليد الطاقة بين الموسمين إلى أكثر من الضعف. في الوقت نفسه، نلاحظ أنه في ظل زيادة القدرة المركبة، انخفض توليد الطاقة من يناير إلى مارس من هذا العام انخفاضًا ملحوظًا مقارنةً بالسنوات السابقة، بل إن توليد الطاقة في مارس يعادل توليدها في عام 2015. وهذا كافٍ لتوضيح عدم استقرار الطاقة الكهرومائية.

إنتاج الطاقة الكهرومائية شهرياً من عام 2013 إلى عام 2021 (100 مليون كيلوواط ساعة)

تُقيّد الظروف الموضوعية إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية، إذ لا يُمكن بناؤها في المناطق التي تتوفر فيها المياه. فالجيولوجيا، وانخفاض منسوب المياه، وسرعة التدفق، وإعادة توطين السكان، وحتى التقسيم الإداري، كلها عوامل تُقيّد بناء هذه المحطات. فعلى سبيل المثال، لم يُقرّ مشروع حماية المياه في مضيق هيشان، الذي طُرح في المؤتمر الوطني لنواب الشعب عام ١٩٥٦، بسبب ضعف التنسيق بين غانسو ونينغشيا. وحتى هذا العام، عاد المشروع للظهور مجدداً في مقترحات الدورتين، ولا يزال موعد بدء الإنشاء غير معروف.

يتطلب إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية استثمارات ضخمة. فكمية أعمال الحفر والحفر والخرسانة اللازمة لبناء هذه المحطات هائلة، فضلاً عن تكاليف إعادة التوطين الباهظة. علاوة على ذلك، لا يقتصر الاستثمار المبكر على رأس المال فحسب، بل يمتد ليشمل الوقت أيضاً. ونظراً لضرورة إعادة التوطين والتنسيق بين مختلف الجهات، فإن دورة بناء العديد من محطات الطاقة الكهرومائية ستتأخر كثيراً عن المخطط لها.

لنأخذ محطة بايهيتان الكهرومائية قيد الإنشاء كمثال، فقد بدأ المشروع عام ١٩٥٨ وأُدرج ضمن "الخطة الخمسية الثالثة" عام ١٩٦٥. إلا أنه بعد عدة تأجيلات، لم يبدأ العمل فيه رسميًا إلا في أغسطس ٢٠١١. وحتى الآن، لم تُستكمل محطة بايهيتان الكهرومائية. وباستثناء مرحلة التصميم الأولي، ستستغرق دورة الإنشاء الفعلية عشر سنوات على الأقل.

تُسبب الخزانات الكبيرة فيضانات واسعة النطاق في المناطق العليا من السد، مما يُلحق أضرارًا بالغة بالأراضي المنخفضة وأودية الأنهار والغابات والمراعي. كما تُؤثر هذه الخزانات على النظام البيئي المائي المحيط بها، مُلحقةً أضرارًا جسيمة بالأسماك والطيور المائية وغيرها من الحيوانات.

03 الوضع الحالي لتطوير الطاقة الكهرومائية في الصين

حافظ توليد الطاقة الكهرومائية على نموه في السنوات الأخيرة، لكن معدل النمو في السنوات الخمس الأخيرة كان منخفضاً.

في عام 2020، بلغت 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 نموًا سريعًا، متجاوزةً أهداف الخطة، بينما لم تُحقق الطاقة الكهرومائية سوى نصف أهداف الخطة تقريبًا. وعلى مدى العشرين عامًا الماضية، ظلت نسبة الطاقة الكهرومائية في إجمالي توليد الطاقة مستقرة نسبيًا، حيث تراوحت بين 14% و19%.

من خلال معدل نمو توليد الطاقة في الصين، يمكن ملاحظة أن معدل نمو الطاقة الكهرومائية قد تباطأ في السنوات الخمس الأخيرة، وظل ثابتاً عند حوالي 5٪.

أعتقد أن أسباب التباطؤ، من جهة، تتمثل في إغلاق محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة، وهو أمر مذكور بوضوح في الخطة الخمسية الثالثة عشرة لحماية البيئة وإصلاحها. يوجد 4705 محطة طاقة كهرومائية صغيرة تحتاج إلى إصلاح وإخراج من الخدمة في مقاطعة سيتشوان وحدها؛

من جهة أخرى، تعاني الصين من نقص في موارد تطوير الطاقة الكهرومائية الضخمة. فقد أنشأت العديد من محطات الطاقة الكهرومائية مثل محطة الخوانق الثلاثة، ومحطة جيزهوبا، ومحطة وودونغده، ومحطة شيانغجيابا، ومحطة بايهيتان. وقد يكون "المنعطف الكبير" لنهر يارلونغ تسانغبو هو المصدر الوحيد لإعادة بناء محطات الطاقة الكهرومائية الضخمة. إلا أن هذا الأمر كان صعباً في السابق نظراً لطبيعة المنطقة الجيولوجية، والرقابة البيئية على المحميات الطبيعية، والعلاقات مع الدول المجاورة.

في الوقت نفسه، يتضح من معدل نمو توليد الطاقة خلال العشرين عامًا الماضية أن معدل نمو الطاقة الحرارية متزامن بشكل أساسي مع معدل نمو إجمالي توليد الطاقة، بينما لا يرتبط معدل نمو الطاقة الكهرومائية بمعدل نمو إجمالي توليد الطاقة، مما يدل على حالة "الارتفاع كل عامين". ورغم وجود أسباب لارتفاع نسبة الطاقة الحرارية، إلا أن ذلك يعكس أيضًا عدم استقرار الطاقة الكهرومائية إلى حد ما.

نمو توليد الطاقة

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

في سياق تقليص حصة الطاقة الحرارية، لم تلعب الطاقة الكهرومائية دورًا بارزًا. ورغم تطورها السريع، إلا أنها لا تستطيع الحفاظ على حصتها في إجمالي توليد الطاقة إلا في ظل الزيادة الكبيرة في إنتاج الطاقة على المستوى الوطني. ويعود انخفاض حصة الطاقة الحرارية بشكل رئيسي إلى ظهور مصادر طاقة نظيفة أخرى، مثل طاقة الرياح، والطاقة الشمسية الكهروضوئية، والغاز الطبيعي، والطاقة النووية، وغيرها.

التركيز المفرط لموارد الطاقة الكهرومائية

يُشكّل إجمالي إنتاج الطاقة الكهرومائية في مقاطعتي سيتشوان ويونان ما يقارب نصف إنتاج الطاقة الكهرومائية على مستوى البلاد، وتكمن المشكلة الناتجة في أن المناطق الغنية بموارد الطاقة الكهرومائية قد لا تتمكن من استيعاب الطاقة الكهرومائية المُنتجة محلياً، مما يؤدي إلى هدر الطاقة. ويأتي ثلثا مياه الصرف الصحي والكهرباء في أحواض الأنهار الرئيسية في الصين من مقاطعة سيتشوان، أي ما يصل إلى 20.2 مليار كيلوواط/ساعة، كما أن أكثر من نصف الكهرباء المهدرة في مقاطعة سيتشوان تأتي من المجرى الرئيسي لنهر دادو.

شهدت الطاقة الكهرومائية في الصين نمواً سريعاً على مستوى العالم خلال السنوات العشر الماضية، حيث قادت الصين تقريباً نمو هذا القطاع عالمياً. ويأتي ما يقرب من 80% من نمو استهلاك الطاقة الكهرومائية العالمي من الصين، بينما يمثل استهلاكها من الطاقة الكهرومائية أكثر من 30% من إجمالي الاستهلاك العالمي.

مع ذلك، فإن نسبة استهلاك الطاقة الكهرومائية الهائلة في إجمالي استهلاك الصين من الطاقة الأولية لا تتجاوز المتوسط ​​العالمي إلا قليلاً، حيث بلغت أقل من 8% في عام 2019. وحتى بمعزل عن الدول المتقدمة ككندا والنرويج، فإن نسبة استهلاك الطاقة الكهرومائية في الصين أقل بكثير من نظيرتها في البرازيل، وهي دولة نامية. تمتلك الصين موارد طاقة كهرومائية تبلغ 680 مليون كيلوواط، ما يضعها في المرتبة الأولى عالميًا. وبحلول عام 2020، ستصل القدرة المركبة للطاقة الكهرومائية إلى 370 مليون كيلوواط. من هذا المنطلق، لا يزال أمام قطاع الطاقة الكهرومائية في الصين مجال واسع للتطور.

04 اتجاهات التطور المستقبلي للطاقة الكهرومائية في الصين

ستشهد الطاقة الكهرومائية تسارعاً في نموها خلال السنوات القليلة المقبلة، وستستمر في الزيادة في نسبتها من إجمالي توليد الطاقة.

من جهة، خلال فترة الخطة الخمسية الرابعة عشرة، يمكن تشغيل أكثر من 50 مليون كيلوواط من الطاقة الكهرومائية في الصين، بما في ذلك محطتي وودونغدي وبايهيتان الكهرومائيتين التابعتين لمجموعة الخوانق الثلاثة، ومحطة توليد الطاقة الكهرومائية في المجرى الأوسط لنهر يالونغ. علاوة على ذلك، أُدرج مشروع تطوير الطاقة الكهرومائية في المجرى الأدنى لنهر يارلونغ تسانغبو ضمن الخطة الخمسية الرابعة عشرة، بموارد قابلة للاستغلال تقنياً تبلغ 70 مليون كيلوواط، وهو ما يعادل أكثر من ثلاث محطات لتوليد الطاقة الكهرومائية في الخوانق الثلاثة. وهذا يعني أن الطاقة الكهرومائية ستشهد تطوراً كبيراً من جديد.

من جهة أخرى، من المتوقع انخفاض حجم محطات الطاقة الحرارية بشكل واضح. سواء من منظور حماية البيئة، أو أمن الطاقة، أو التطور التكنولوجي، ستستمر الطاقة الحرارية في تقليل أهميتها في قطاع الطاقة.

في السنوات القليلة المقبلة، لا تزال سرعة تطور الطاقة الكهرومائية غير قابلة للمقارنة مع سرعة تطور مصادر الطاقة المتجددة. حتى من حيث نسبة توليد الطاقة الإجمالية، قد تُصنف الطاقة الكهرومائية ضمن فئة مصادر الطاقة المتجددة المتأخرة. وإذا طال أمد هذا الوضع، فمن الممكن القول إن مصادر الطاقة المتجددة ستتفوق عليها.

يتوقع ليو شييو، مدير قسم التخطيط في معهد التخطيط للطاقة الكهربائية العامة، أنه خلال فترة الخطة الخمسية الرابعة عشرة، ستتجاوز القدرة المركبة للطاقة الجديدة في الصين 800 مليون كيلوواط، وهو ما يمثل 29٪؛ وسيصل توليد الطاقة السنوي إلى 1.5 تريليون كيلوواط ساعة، متجاوزًا الطاقة الكهرومائية.