Seit dem Baubeginn des Wasserkraftwerks Shilongba, Chinas erstem Wasserkraftwerk im Jahr 1910, sind 111 Jahre vergangen. In diesen über 100 Jahren hat Chinas Wasser- und Elektrizitätswirtschaft bemerkenswerte Fortschritte erzielt: von einer installierten Leistung von nur 480 kW im Wasserkraftwerk Shilongba auf 370 Millionen kW, womit China weltweit führend ist. Wir sind in der Kohleindustrie tätig und hören zwar gelegentlich von Wasserkraft, wissen aber wenig über die Wasserkraftbranche selbst.
Heute wollen wir uns kurz mit der Wasserkraft beschäftigen, indem wir die Prinzipien und Merkmale der Wasserkraft sowie die aktuelle Situation und die Entwicklungstrends der Wasserkraft in China betrachten.
01 Energieerzeugungsprinzip der Wasserkraft
Wasserkraft ist im Grunde die Umwandlung der potenziellen Energie des Wassers in mechanische Energie und anschließend von mechanischer in elektrische Energie. Vereinfacht gesagt, nutzt man fließendes Flusswasser, um einen Motor zur Stromerzeugung anzutreiben. Die im Fluss oder einem Abschnitt seines Einzugsgebiets enthaltene Energie hängt vom Wasservolumen und dem Gefälle ab.
Die Wassermenge des Flusses wird von keiner juristischen Person kontrolliert, und ein Gefälle ist zulässig. Daher können beim Bau von Wasserkraftwerken Staudammbau und Wasserumleitung so gewählt werden, dass das Gefälle konzentriert wird, um die Nutzung der Wasserressourcen zu verbessern.
Bei der Stauung wird in einem Flussabschnitt mit großem Gefälle ein Damm errichtet, ein Stausee angelegt, um Wasser zu speichern und den Wasserstand anzuheben, wie beispielsweise beim Drei-Schluchten-Wasserkraftwerk; Umleitung bezieht sich auf die Umleitung von Wasser vom oberen Stausee zum unteren durch den Umleitungskanal, wie beispielsweise beim Wasserkraftwerk Jinping II.
02 Eigenschaften der Wasserkraft
Zu den Vorteilen der Wasserkraft zählen vor allem Umweltschutz und -regeneration, hohe Effizienz und Flexibilität, geringe Wartungskosten und so weiter.
Umweltschutz und die Nutzung erneuerbarer Energien sollten die größten Vorteile der Wasserkraft sein. Wasserkraft nutzt ausschließlich die Energie des Wassers, verbraucht kein Wasser und verursacht keine Umweltverschmutzung.
Die Wasserturbine, die zentrale Antriebseinheit der Wasserkraftnutzung, ist nicht nur effizient, sondern auch flexibel im Anlauf und Betrieb. Sie kann innerhalb weniger Minuten aus dem Stillstand in Betrieb genommen werden und Laständerungen innerhalb weniger Sekunden durchführen. Wasserkraft eignet sich zur Spitzenlastabdeckung, Frequenzmodulation, Lastreserve und Notfallreserve des Stromnetzes.
Die Stromerzeugung aus Wasserkraft verbraucht keinen Brennstoff, erfordert keine großen Investitionen in Arbeitskräfte und Anlagen für den Abbau und Transport von Brennstoff, hat einfache Ausrüstung, wenige Bediener, wenig Hilfsenergie, eine lange Lebensdauer der Ausrüstung und niedrige Betriebs- und Wartungskosten. Daher sind die Stromerzeugungskosten von Wasserkraftwerken niedrig, nur 1/5 bis 1/8 der Kosten von Wärmekraftwerken, und der Energienutzungsgrad von Wasserkraftwerken ist hoch, bis zu mehr als 85 %, während der thermische Wirkungsgrad von Kohlekraftwerken nur etwa 40 % beträgt.
Zu den Nachteilen der Wasserkraft zählen vor allem die starke Abhängigkeit vom Klima, die Begrenztheit durch geografische Gegebenheiten, die hohen Investitionen in der Anfangsphase und die Schädigung der Umwelt.
Die Wasserkraft ist stark von den Niederschlägen abhängig. Ob Trocken- oder Regenzeit herrscht, ist ein wichtiger Faktor für die Kohlebeschaffung von Wärmekraftwerken. Die Stromerzeugung aus Wasserkraft ist zwar über das Jahr und die Provinz hinweg stabil, aber je nach Monat, Quartal und Region schwankt sie stark. Daher kann sie keine so stabile und zuverlässige Stromversorgung wie Wärmekraftwerke gewährleisten.
Zwischen Süd- und Nordchina bestehen große Unterschiede in der Regen- und Trockenzeit. Laut den monatlichen Statistiken zur Wasserkrafterzeugung von 2013 bis 2021 dauert die Regenzeit in China im Allgemeinen von Juni bis Oktober und die Trockenzeit von Dezember bis Februar. Der Unterschied in der Stromerzeugung zwischen den beiden Jahreszeiten kann mehr als doppelt so hoch sein. Gleichzeitig zeigt sich, dass die Stromerzeugung von Januar bis März dieses Jahres trotz steigender installierter Kapazität deutlich niedriger ist als in den Vorjahren und im März sogar auf dem Niveau von 2015 liegt. Dies verdeutlicht die Instabilität der Wasserkraft.
Wasserkrafterzeugung pro Monat von 2013 bis 2021 (100 Millionen kWh)
Objektiven Gegebenheiten sind Grenzen gesetzt. Wasserkraftwerke können nicht überall dort gebaut werden, wo Wasser vorhanden ist. Geologie, Gefälle, Fließgeschwindigkeit, die Umsiedlung von Anwohnern und sogar administrative Grenzen schränken den Bau von Wasserkraftwerken ein. Beispielsweise wurde das Wasserbauprojekt in der Heishan-Schlucht, das 1956 auf dem Nationalen Volkskongress erwähnt wurde, aufgrund mangelnder Interessenabstimmung zwischen Gansu und Ningxia nicht verabschiedet. Bis dieses Jahr tauchte es erneut in den beiden Sitzungsperioden als Vorschlag auf; wann mit dem Bau begonnen werden kann, ist weiterhin ungewiss.
Der Investitionsbedarf für Wasserkraft ist hoch. Die Erd- und Betonarbeiten für den Bau von Wasserkraftwerken sind enorm, und es fallen hohe Umsiedlungskosten an. Darüber hinaus wirkt sich die Vorabinvestition nicht nur auf das Kapital, sondern auch auf die Bauzeit aus. Aufgrund der notwendigen Umsiedlungen und der Koordination verschiedener Behörden wird sich der Bau vieler Wasserkraftwerke deutlich verzögern.
Am Beispiel des im Bau befindlichen Wasserkraftwerks Baihetan lässt sich zeigen, dass das Projekt 1958 initiiert und 1965 in den dritten Fünfjahresplan aufgenommen wurde. Nach einigen Verzögerungen erfolgte der offizielle Baubeginn jedoch erst im August 2011. Bis heute ist das Wasserkraftwerk Baihetan nicht fertiggestellt. Abgesehen von der Vorplanung wird der eigentliche Bauzyklus mindestens zehn Jahre dauern.
Große Stauseen verursachen großflächige Überschwemmungen im Oberlauf des Damms und schädigen dabei mitunter Niederungen, Flusstäler, Wälder und Grasland. Gleichzeitig wird auch das aquatische Ökosystem in der Umgebung beeinträchtigt. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf Fische, Wasservögel und andere Tiere.
03 Aktuelle Situation der Wasserkraftentwicklung in China
Die Wasserkrafterzeugung hat in den letzten Jahren zwar ein kontinuierliches Wachstum verzeichnet, die Wachstumsrate der letzten fünf Jahre war jedoch gering.
Im Jahr 2020 wird die Wasserkraftkapazität 1355,21 Milliarden kWh betragen, was einem Anstieg von 3,9 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Im Zeitraum des 13. Fünfjahresplans entwickelten sich Windkraft und Optoelektronik jedoch rasant und übertrafen die Planungsziele, während die Wasserkraft nur etwa die Hälfte der geplanten Ziele erreichte. In den letzten 20 Jahren war der Anteil der Wasserkraft an der gesamten Stromerzeugung relativ stabil und lag zwischen 14 % und 19 %.
Anhand der Wachstumsrate der chinesischen Stromerzeugung lässt sich erkennen, dass sich das Wachstum der Wasserkraft in den letzten fünf Jahren verlangsamt hat und im Wesentlichen bei etwa 5 % stagniert.
Ich denke, die Gründe für die Verlangsamung liegen zum einen in der Stilllegung kleiner Wasserkraftwerke, die im 13. Fünfjahresplan zum Schutz und zur Sanierung der Umwelt ausdrücklich erwähnt wird. Allein in der Provinz Sichuan gibt es 4705 kleine Wasserkraftwerke, die saniert und stillgelegt werden müssen;
Andererseits mangelt es China an Ressourcen für die Entwicklung großer Wasserkraftwerke. Zwar hat China bereits zahlreiche Wasserkraftwerke errichtet, darunter die Drei-Schluchten-Anlage, Gezhouba, Wudongde, Xiangjiaba und Baihetan, doch das Potenzial für den Ausbau großer Wasserkraftwerke liegt möglicherweise nur in der großen Flussschleife des Yarlung Zangbo. Aufgrund der geologischen Gegebenheiten, der Naturschutzbestimmungen und der Beziehungen zu den Nachbarländern gestaltete sich die Umsetzung dieses Vorhabens jedoch bisher schwierig.
Gleichzeitig lässt sich anhand der Wachstumsrate der Stromerzeugung der letzten 20 Jahre erkennen, dass das Wachstum der Wärmekraft im Wesentlichen mit dem Wachstum der Gesamtstromerzeugung korreliert, während das Wachstum der Wasserkraft unabhängig davon verläuft und somit ein zweijährliches Wachstum aufweist. Obwohl es Gründe für den hohen Anteil der Wärmekraft gibt, spiegelt dieser auch die Instabilität der Wasserkraft wider.
Wachstum der Stromerzeugung
Auch im Hinblick auf den Anteil der Stromerzeugung lässt sich feststellen, dass sich die Wasserkraftbranche zwar in den letzten 20 Jahren rasant entwickelt hat und die Wasserkrafterzeugung im Jahr 2020 fünfmal so hoch ist wie im Jahr 2001, ihr Anteil an der gesamten Stromerzeugung sich jedoch nicht wesentlich verändert hat.
Im Zuge des sinkenden Anteils thermischer Energieerzeugung spielte die Wasserkraft keine bedeutende Rolle. Obwohl sie sich rasant entwickelt, kann sie angesichts des starken Anstiegs der nationalen Stromerzeugung ihren Anteil an der Gesamtstromerzeugung nur halten. Der Rückgang des Anteils thermischer Energie ist hauptsächlich auf andere saubere Energiequellen wie Windkraft, Photovoltaik, Erdgas, Kernenergie usw. zurückzuführen.
Übermäßige Konzentration von Wasserkraftressourcen
Die Wasserkraftproduktion der Provinzen Sichuan und Yunnan macht fast die Hälfte der nationalen Wasserkraftproduktion aus. Daraus resultiert das Problem, dass Gebiete mit reichhaltigen Wasserkraftressourcen die lokal erzeugte Wasserkraft möglicherweise nicht vollständig aufnehmen können, was zu Energieverschwendung führt. Zwei Drittel des Abwassers und des Stroms in den großen Flussgebieten Chinas stammen aus der Provinz Sichuan, bis zu 20,2 Milliarden kWh, und mehr als die Hälfte des dort anfallenden Stroms stammt aus dem Hauptstrom des Dadu-Flusses.
Weltweit hat sich Chinas Wasserkraft in den letzten zehn Jahren rasant entwickelt. China hat das Wachstum der globalen Wasserkraftentwicklung maßgeblich vorangetrieben. Fast 80 % des globalen Wachstums des Wasserkraftverbrauchs entfallen auf China, und Chinas Wasserkraftverbrauch macht mehr als 30 % des globalen Wasserkraftverbrauchs aus.
Der Anteil der enormen Wasserkraftnutzung am gesamten Primärenergieverbrauch Chinas liegt jedoch nur geringfügig über dem Weltdurchschnitt und betrug 2019 weniger als 8 %. Selbst im Vergleich zu Industrieländern wie Kanada und Norwegen ist der Anteil der Wasserkraftnutzung deutlich geringer als in Brasilien, einem Entwicklungsland. China verfügt über Wasserkraftressourcen von 680 Millionen Kilowatt und liegt damit weltweit an erster Stelle. Bis 2020 soll die installierte Wasserkraftkapazität auf 370 Millionen Kilowatt steigen. Vor diesem Hintergrund bietet die chinesische Wasserkraftbranche noch erhebliches Entwicklungspotenzial.
04. Zukünftiger Entwicklungstrend der Wasserkraft in China
Die Wasserkraft wird in den nächsten Jahren ein beschleunigtes Wachstum verzeichnen und ihren Anteil an der gesamten Stromerzeugung weiter ausbauen.
Zum einen können im Zeitraum des 14. Fünfjahresplans in China mehr als 50 Millionen Kilowatt Wasserkraft in Betrieb genommen werden, darunter die Wasserkraftwerke Wudongde und Baihetan der Drei-Schluchten-Gruppe sowie das Wasserkraftwerk im mittleren Abschnitt des Yalong-Flusses. Darüber hinaus wurde das Wasserkraftentwicklungsprojekt im Unterlauf des Yarlung Zangbo-Flusses mit 70 Millionen Kilowatt technisch nutzbarer Ressourcen in den 14. Fünfjahresplan aufgenommen, was mehr als drei Wasserkraftwerken der Drei-Schluchten-Gruppe entspricht. Dies bedeutet, dass die Wasserkraft erneut einen großen Entwicklungsschub erleben wird;
Andererseits ist der Rückgang der thermischen Kraftwerkskapazitäten offensichtlich vorhersehbar. Sowohl aus Sicht des Umweltschutzes als auch der Energiesicherheit und der technologischen Entwicklung wird die Bedeutung der thermischen Energieerzeugung im Energiesektor weiter abnehmen.
In den nächsten Jahren kann die Entwicklung der Wasserkraft noch nicht mit der anderer neuer Energien mithalten. Selbst im Hinblick auf ihren Anteil an der gesamten Stromerzeugung dürfte sie hinter den neuen Energien zurückliegen. Bei weiterem Zeitdruck ist davon auszugehen, dass sie von den neuen Energien überholt wird.
Liu Shiyu, Direktor der Planungsabteilung des General Electric Power Planning Institute, prognostiziert, dass die installierte Leistung neuer Energien in China während des 14. Fünfjahresplans 800 Millionen kW übersteigen und damit 29 % erreichen wird; die jährliche Stromerzeugung wird 1,5 Billionen kWh erreichen und damit die Wasserkraft übertreffen.
Veröffentlichungsdatum: 14. Januar 2022
