Kiina aloitti Shilongban vesivoimalan rakentamisen 111 vuotta sitten, vuonna 1910. Kiinan ensimmäinen vesivoimalaitos oli Shilongban vesivoimalaitos, joka rakennettiin vuonna 1910. Näiden yli 100 vuoden aikana Kiinan vesi- ja sähköteollisuus on saavuttanut merkittäviä saavutuksia Shilongban vesivoimalaitoksen asennetusta kapasiteetista, joka oli vain 480 kW, 370 miljoonaan kW:iin, mikä on maailman johtava kapasiteetti. Olemme hiiliteollisuudessa ja kuulemme jonkin verran uutisia vesivoimasta, mutta emme tiedä paljon vesivoimateollisuudesta.
Tänään ymmärretään lyhyesti vesivoima vesivoiman periaatteiden ja ominaisuuksien sekä vesivoiman nykytilanteen ja kehityssuunnan perusteella Kiinassa.
01 vesivoiman sähköntuotantoperiaate
Vesivoima on itse asiassa prosessi, jossa veden potentiaalienergia muunnetaan mekaaniseksi energiaksi ja sitten mekaanisesta energiasta sähköenergiaksi. Yleisesti ottaen kyse on virtaavan joen veden käyttämisestä moottorin pyörittämiseen sähkön tuottamiseksi, ja joen tai sen valuma-alueen sisältämä energia riippuu veden tilavuudesta ja pudotuksesta.
Joen veden määrää ei hallitse mikään oikeushenkilö, ja pudotus on hyväksyttävä. Siksi vesivoimalaitoksia rakennettaessa voidaan valita patojen rakentaminen ja joensuun ohjaaminen pudotuksen keskittämiseksi ja siten vesivarojen käyttöasteen parantamiseksi.
Patoamisella tarkoitetaan padon rakentamista uomalle, jossa on suuri pudotus, säiliön perustamista veden varastoimiseksi ja vedenpinnan nostamiseksi, kuten Kolmen rotkon vesivoimalassa; veden ohjaamisella tarkoitetaan veden ohjaamista ylävirran säiliöstä alavirtaan ohjauskanavan kautta, kuten Jinping II -vesivoimalassa.
02 Vesivoiman ominaisuudet
Vesivoiman etuja ovat pääasiassa ympäristönsuojelu ja uudistaminen, korkea hyötysuhde ja joustavuus, alhaiset ylläpitokustannukset ja niin edelleen.
Ympäristönsuojelun ja uusiutuvan energian tulisi olla vesivoiman suurin etu. Vesivoima käyttää vain vedessä olevaa energiaa, ei kuluta vettä eikä aiheuta saasteita.
Vesivoimantuotannon tärkein voimanlähde on vesiturbiinigeneraattori, joka on paitsi tehokas myös joustava käynnistää ja käyttää. Se voi käynnistää toiminnan nopeasti staattisesta tilasta muutamassa minuutissa ja suorittaa kuormituksen lisäys- ja vähennystehtävät muutamassa sekunnissa. Vesivoimaa voidaan käyttää sähköjärjestelmän huippukuormituksen alentamiseen, taajuusmodulointiin, kuorman valmiustilaan ja hätätilanteiden valmiustilaan.
Vesivoiman tuotanto ei kuluta polttoainetta, ei vaadi paljon työvoimaa ja polttoaineen louhintaan ja kuljetukseen investoituja tiloja, siinä on yksinkertaiset laitteet, vähän operaattoreita, vähän apuvoimaa, laitteiden pitkä käyttöikä ja alhaiset käyttö- ja ylläpitokustannukset, joten vesivoimalaitoksen sähköntuotantokustannukset ovat alhaiset, vain 1/5–1/8 lämpövoimalaitoksen kustannuksista, ja vesivoimalaitoksen energiankäyttöaste on korkea, jopa yli 85 %. Hiilivoimalaitosten lämpötehokkuus on vain noin 40 %.
Vesivoiman haittoja ovat pääasiassa suuri ilmastovaikutus, maantieteellisten olosuhteiden rajoitukset, suuret investoinnit alkuvaiheessa ja ekologisen ympäristön vahingoittuminen.
Sademäärät vaikuttavat suuresti vesivoimaan. Kuiva ja sadekausi ovat tärkeitä vertailutekijöitä lämpövoimalaitosten kivihiilen hankinnassa. Vesivoiman tuotanto on vakaata vuoden ja maakunnan mukaan, mutta kuukausi-, vuosineljännes- ja aluekohtaisesti se riippuu päivästä. Se ei voi tarjota vakaata ja luotettavaa sähköä kuten lämpövoima.
Etelän ja pohjoisen välillä on suuria eroja sadekauden ja kuivan kauden suhteen. Vuosina 2013–2021 Kiinan kuukausittaisten vesivoiman tuotantotilastojen mukaan sadekausi on kuitenkin kokonaisuudessaan kesäkuusta lokakuuhun ja kuiva kausi joulukuusta helmikuuhun. Sähköntuotannon ero näiden kahden välillä voi olla yli kaksinkertainen. Samalla voimme myös nähdä, että asennetun kapasiteetin kasvun taustalla sähköntuotanto tammikuusta maaliskuuhun on tänä vuonna huomattavasti pienempi kuin aiempina vuosina, ja maaliskuun sähköntuotanto on jopa sama kuin vuonna 2015. Tämä riittää havainnollistamaan vesivoiman "epävakautta".
Vesivoiman tuotanto kuukaudessa vuosina 2013–2021 (100 miljoonaa kWh)
Objektiiviset rajoitukset. Vesivoimalaitoksia ei voida rakentaa sinne, missä on vettä. Geologia, vedenkorkeus, virtausnopeus, asukkaiden siirtyminen ja jopa hallinnollinen jako rajoittavat kaikki vesivoimalaitoksen rakentamista. Esimerkiksi Heishanin rotkon vesiensuojeluhanketta, josta mainittiin kansankongressissa vuonna 1956, ei ole hyväksytty Gansun ja Ningxian välisen intressien heikon yhteensovittamisen vuoksi. Tähän vuoteen asti se esiintyi uudelleen kahden istunnon ehdotuksessa. Rakentamisen alkamisaika on edelleen tuntematon.
Vesivoimaan tarvittavat investoinnit ovat suuria. Vesivoimalaitosten rakentamiseen tarvittavat maa-, kallio- ja betonityöt ovat valtavia, ja uudelleensijoittumiskustannukset ovat valtavat. Lisäksi alkuvaiheen investoinnit näkyvät paitsi pääomana myös ajassa. Uudelleensijoittamiselle ja eri osastojen koordinoinnille on tarvetta, joten monien vesivoimalaitosten rakennussykli viivästyy huomattavasti suunniteltua.
Esimerkkinä rakenteilla olevasta Baihetanin vesivoimalaitoksesta hanke aloitettiin vuonna 1958 ja se sisällytettiin "kolmanteen viisivuotissuunnitelmaan" vuonna 1965. Useiden käänteiden jälkeen se ei kuitenkaan virallisesti alkanut ennen elokuuta 2011. Tähän mennessä Baihetanin vesivoimalaitosta ei ole saatu päätökseen. Alustavaa suunnittelua lukuun ottamatta varsinainen rakennussykli kestää vähintään 10 vuotta.
Suuret tekoaltaat aiheuttavat laajamittaisia tulvia padon yläjuoksulla, joskus vahingoittaen alankoja, jokilaaksoja, metsiä ja ruohoalueita. Samalla se vaikuttaa myös laitoksen ympärillä olevaan vesiekosysteemiin. Sillä on suuri vaikutus kaloihin, vesilintuihin ja muihin eläimiin.
03 Kiinan vesivoiman kehityksen nykytilanne
Vesivoiman tuotanto on kasvanut viime vuosina, mutta kasvuvauhti on ollut hidasta viimeisten viiden vuoden aikana.
Vuonna 2020 vesivoiman tuotantokapasiteetti on 1 355,21 miljardia kWh, ja se kasvaa 3,9 % edellisvuodesta. 13. viisivuotissuunnitelmakaudella tuulivoima ja optoelektroniikka kehittyivät kuitenkin nopeasti ja ylittivät suunnittelutavoitteet, kun taas vesivoima saavutti vain noin puolet suunnittelutavoitteista. Viimeisten 20 vuoden aikana vesivoiman osuus sähkön kokonaistuotannosta on pysynyt suhteellisen vakaana ja pysynyt 14–19 prosentissa.
Kiinan sähköntuotannon kasvuvauhdista voidaan nähdä, että vesivoiman kasvuvauhti on hidastunut viimeisten viiden vuoden aikana ja pysynyt käytännössä noin 5 prosentissa.
Mielestäni hidastumisen syitä ovat toisaalta pienvesivoiman alasajo, joka mainitaan selvästi 13. viisivuotissuunnitelmassa ekologisen ympäristön suojelemiseksi ja korjaamiseksi. Pelkästään Sichuanin maakunnassa on 4705 pienvesivoimalaa, jotka on kunnostettava ja poistettava käytöstä;
Toisaalta Kiinalla on pulaa suurista vesivoiman kehittämisresursseista. Kiina on rakentanut useita vesivoimalaitoksia, kuten Kolmen rotkon, Gezhouban, Wudongden, Xiangjiaban ja Baihetanin. Suurten vesivoimalaitosten jälleenrakentamiseen tarvittavat resurssit saattavat olla vain Yarlung Zangbo -joen "iso mutka". Alueen geologinen rakenne, luonnonsuojelualueiden ympäristönsuojelu ja suhteet naapurimaihin ovat kuitenkin vaikeita ratkaista ongelmia.
Samaan aikaan viimeisten 20 vuoden sähköntuotannon kasvuvauhdista voidaan nähdä, että lämpövoiman kasvuvauhti on pohjimmiltaan synkronoitu sähköntuotannon kokonaismäärän kasvuvauhdin kanssa, kun taas vesivoiman kasvuvauhti ei ole yhteydessä sähköntuotannon kokonaismäärän kasvuvauhtiin, vaan osoittaa tilanteen "nousevan joka toinen vuosi". Vaikka lämpövoiman suurelle osuudelle on syitä, se heijastaa myös vesivoiman epävakautta jossain määrin.
Sähköntuotannon kasvu
Sähköntuotannon osuuden osalta voimme myös nähdä, että vaikka vesivoimateollisuus on kehittynyt nopeasti viimeisten 20 vuoden aikana ja vesivoiman tuotanto vuonna 2020 on viisinkertainen vuoteen 2001 verrattuna, osuus kokonaissähköntuotannosta ei ole muuttunut merkittävästi.
Lämpövoiman osuuden vähenemisessä vesivoimalla ei ole ollut suurta roolia. Vaikka se kehittyy nopeasti, se pystyy säilyttämään osuutensa kokonaissähköntuotannosta vain suuren kansallisen sähköntuotannon kasvun taustalla. Lämpövoiman osuuden väheneminen johtuu pääasiassa muista puhtaista energialähteistä, kuten tuulivoimasta, aurinkosähköstä, maakaasusta, ydinenergiasta jne.
Liiallinen vesivoimavarojen keskittyminen
Sichuanin ja Yunnanin maakuntien yhteenlaskettu vesivoiman tuotanto vastaa lähes puolet maan vesivoiman tuotannosta, ja tästä johtuva ongelma on, että vesivoimavaroiltaan rikkaat alueet eivät välttämättä pysty absorboimaan paikallista vesivoiman tuotantoa, mikä johtaa energian tuhlaamiseen. Kaksi kolmasosaa Kiinan suurten jokien valuma-alueiden jätevedestä ja sähköstä, jopa 20,2 miljardia kWh, on peräisin Sichuanin maakunnasta, ja yli puolet Sichuanin maakunnan hukkasähköstä on peräisin Dadu-joen pääuomasta.
Kiinan vesivoima on kehittynyt nopeasti maailmanlaajuisesti viimeisten 10 vuoden aikana. Kiina on lähes toiminut maailmanlaajuisen vesivoiman kasvun veturina. Lähes 80 % maailmanlaajuisen vesivoiman kulutuksen kasvusta tulee Kiinasta, ja Kiinan vesivoiman kulutus on yli 30 % maailmanlaajuisesta vesivoiman kulutuksesta.
Tällaisen valtavan vesivoiman kulutuksen osuus Kiinan kokonaisenergiankulutuksesta on kuitenkin vain hieman korkeampi kuin maailman keskiarvo, alle 8 % vuonna 2019. Vaikka sitä ei verrattaisikaan kehittyneisiin maihin, kuten Kanadaan ja Norjaan, vesivoiman kulutuksen osuus on huomattavasti pienempi kuin Brasilian, kehitysmaan. Kiinalla on 680 miljoonaa kilowattia vesivoimavaroja, mikä on maailman ensimmäinen. Vuoteen 2020 mennessä vesivoiman asennettu kapasiteetti on 370 miljoonaa kilowattia. Tästä näkökulmasta Kiinan vesivoimateollisuudella on vielä paljon kehitysvaraa.
04 Kiinan vesivoiman tulevaisuuden kehitystrendi
Vesivoiman kasvu kiihtyy lähivuosina ja sen osuus sähkön kokonaistuotannosta kasvaa edelleen.
Yhtäältä Kiinassa voidaan 14. viisivuotissuunnitelman aikana ottaa käyttöön yli 50 miljoonaa kilowattia vesivoimaa, mukaan lukien Kolmen rotkon ryhmän Wudongden ja Baihetanin vesivoimalaitokset sekä Yalong-joen keskijuoksun vesivoimalaitos. Lisäksi Yarlung Zangbo -joen alajuoksun vesivoiman kehityshanke on sisällytetty 14. viisivuotissuunnitelmaan, ja siinä on 70 miljoonaa kilowattia teknisesti hyödynnettävissä olevia resursseja, mikä vastaa yli kolmea Kolmen rotkon vesivoimalaitosta. Tämä tarkoittaa, että vesivoima tulee jälleen kehittymään voimakkaasti.
Toisaalta lämpövoiman mittakaavan pieneneminen on luonnollisesti ennustettavissa. Olipa kyse sitten ympäristönsuojelusta, energiaturvallisuudesta tai teknologisesta kehityksestä, lämpövoiman merkitys energia-alalla tulee edelleen vähenemään.
Lähivuosina vesivoiman kehitysvauhtia ei voida vieläkään verrata uuden energian vauhtiin. Jopa kokonaissähköntuotannon osuudessa se saattaa olla uuden energian myöhäisimpien joukossa. Jos aika pitkittyy, voidaan sanoa, että uusi energia ohittaa sen.
Yleisen sähköenergian suunnitteluinstituutin suunnitteluosaston johtaja Liu Shiyu ennustaa, että 14. viisivuotissuunnitelmakaudella Kiinan uusien energialähteiden asennettu kapasiteetti ylittää 800 miljoonaa kilowattia, mikä on 29 prosenttia; vuosittainen sähköntuotanto saavuttaa 1,5 biljoonaa kilowattituntia, mikä ylittää vesivoiman tuotannon.
Julkaisun aika: 14. tammikuuta 2022
