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

مرّت 111 عامًا منذ أن بدأت الصين بناء محطة شيلونغبا الكهرومائية، أول محطة كهرومائية في العالم عام 1910. خلال هذه السنوات التي تجاوزت المئة، حققت صناعة المياه والكهرباء في الصين إنجازاتٍ باهرة، إذ ارتفعت قدرتها المركبة من 480 كيلوواط فقط إلى 370 مليون كيلوواط، لتحتل بذلك المرتبة الأولى عالميًا. نحن نعمل في قطاع الفحم، ونسمع بعض الأخبار عن الطاقة الكهرومائية، لكننا لا نملك معلومات كافية عن هذا القطاع.

1- مبدأ توليد الطاقة الكهرومائية
الطاقة الكهرومائية هي في الواقع 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 محرك 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 محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية، يمكن اختيار بناء سد وتحويل المياه لتركيز الانخفاض، مما يُحسّن من كفاءة استغلال موارد المياه.
بناء السدود هو بناء سد في قسم النهر ذي الانخفاض الكبير، وإنشاء خزان لتخزين المياه ورفع مستوى المياه، مثل محطة توليد الطاقة الكهرومائية في الخوانق الثلاثة؛ ويشير التحويل إلى تحويل المياه من الخزان العلوي إلى المصب عبر 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 ومرنة في بدء التشغيل والتشغيل. إذ يمكنها بدء التشغيل بسرعة من حالة السكون في غضون دقائق، وإتمام عملية زيادة الحمل أو خفضه في 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 تتطلب عمالة كثيفة أو مرافق ضخمة لاستخراج ونقل الوقود، كما أنها تتميز بمعدات بسيطة، وعدد قليل من المشغلين، واستهلاك أقل للطاقة المساعدة، وعمر تشغيلي طويل، وتكاليف تشغيل وصيانة منخفضة. لذلك، فإن تكلفة إنتاج الطاقة من محطات الطاقة الكهرومائية منخفضة، حيث تتراوح بين 1/5 و1/8 فقط من تكلفة محطات الطاقة الحرارية، كما أن معدل استغلال الطاقة في محطات الطاقة الكهرومائية مرتفع، ويصل إلى أكثر من 85%، بينما لا تتجاوز كفاءة الطاقة الحرارية في محطات الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم 40%.

تشمل عيوب الطاقة الكهرومائية بشكل رئيسي تأثرها الكبير بالمناخ، ومحدوديتها بالظروف الجغرافية، وحاجتها إلى استثمار كبير في المرحلة المبكرة، وإلحاق الضرر بالبيئة الإيكولوجية.
تتأثر الطاقة الكهرومائية بشكل كبير بهطول الأمطار. ويُعدّ تحديد ما إذا كان موسم الجفاف أو موسم الأمطار عاملاً مرجعياً هاماً في تحديد كمية الفحم اللازمة لمحطات الطاقة الحرارية. وعلى الرغم من استقرار إنتاج الطاقة الكهرومائية على مدار السنة والمحافظة، إلا أنه يعتمد على "اليوم" عند حسابه بدقة على مستوى الشهر والربع والمنطقة. ولا يمكنها 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 بينهما 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 ما تم توليده في عام 2015. وهذا كافٍ لتوضيح عدم استقرار الطاقة الكهرومائية.

تُقيّد الظروف الموضوعية إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية، إذ لا يُمكن بناؤها في المناطق التي تتوفر فيها المياه. وتتأثر عملية الإنشاء بعوامل جيولوجية، وانخفاض منسوب المياه، ومعدل تدفقها، وإمكانية نقل السكان، وحتى التقسيم الإداري. 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 إعادة طرحه في مقترحات الدورتين هذا العام، يبقى 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 التصميم والتخطيط الأوليين، 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 تُنجز 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، لا تزال موارد الصين الضخمة لتطوير الطاقة الكهرومائية غير كافية. فقد أنشأت الصين العديد من محطات الطاقة الكهرومائية، مثل محطة الخوانق الثلاثة، ومحطة جيزهوبا، ومحطة وودونغده، ومحطة شيانغجيابا، ومحطة بايهيتان. وقد لا تتوفر سوى منطقة "المنعطف الكبير" لنهر يارلونغ تسانغبو لإعادة بناء محطات الطاقة الكهرومائية الضخمة. إلا أن هذه المنطقة، نظراً لطبيعتها الجيولوجية، ومتطلباتها البيئية المتعلقة بالمحميات الطبيعية، وعلاقاتها مع الدول المجاورة، شكلت تحدياً كبيراً في السابق.
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.
في سياق تقليص حصة الطاقة الحرارية، لم تلعب الطاقة الكهرومائية دورًا بارزًا. ورغم تطورها السريع، إلا أنها لا تستطيع الحفاظ على حصتها في إجمالي إنتاج 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، بما يصل إلى 20.2 مليار كيلوواط/ساعة، بينما يأتي أكثر من نصف الكهرباء المهدرة في مقاطعة سيتشوان من المجرى الرئيسي لنهر دادو.
شهدت الطاقة الكهرومائية في الصين نمواً سريعاً على مستوى العالم خلال السنوات العشر الماضية. وقد ساهمت الصين بشكل كبير في دفع عجلة نمو الطاقة الكهرومائية العالمية بقوتها الذاتية. 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 الصين من إجمالي استهلاكها للطاقة 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 أيضاً دولة نامية. تمتلك الصين موارد طاقة كهرومائية تبلغ 680 مليون كيلوواط، ما يضعها في المرتبة الأولى عالمياً. 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 محطات وودونغدي وبايهيتان الكهرومائية التابعة 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، مما يعني أن الطاقة الكهرومائية قد شهدت تطوراً كبيراً مرة أخرى.
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 الجديدة. حتى من حيث نسبة توليد الطاقة الإجمالية، قد تتجاوزها مصادر الطاقة الجديدة التي دخلت مجال الطاقة مؤخرًا. وإذا طال الوقت، يمكن القول إن مصادر الطاقة الجديدة ستتفوق عليها حتمًا.