1. Vesienergiavarat
Ihmisen kehityksen ja vesivoimavarojen hyödyntämisen historia juontaa juurensa muinaisiin aikoihin. Kiinan kansantasavallan uusiutuvan energian lain tulkinnan (toimittanut Kiinan kansankongressin pysyvän komitean lakityövaliokunta) mukaan vesienergia määritellään seuraavasti: tuulen ja auringon lämpö aiheuttaa veden haihtumista, vesihöyry muodostaa sadetta ja lunta, sade ja lumi muodostavat jokia ja puroja, ja veden virtaus tuottaa energiaa, jota kutsutaan vesienergiaksi.
Nykyaikaisen vesivoimavarojen kehittämisen ja hyödyntämisen pääsisältö on vesivoimavarojen kehittäminen ja hyödyntäminen, joten ihmiset käyttävät yleensä vesivoimavaroja, hydraulisia voimavaroja ja vesivoimavaroja synonyymeinä. Todellisuudessa vesivoimavaroihin kuuluu kuitenkin laaja valikoima sisältöjä, kuten vesilämpöenergiavarat, vesienergiavarat, vesienergiavarat ja merivesienergiavarat.
(1) Vesi- ja lämpöenergiavarat
Vesi- ja lämpöenergiavaroja kutsutaan yleisesti luonnon kuumiksi lähteiksi. Muinaisina aikoina ihmiset alkoivat hyödyntää suoraan luonnon kuumien lähteiden vesi- ja lämpövaroja kylpylöiden rakentamiseen, peseytymiseen, sairauksien hoitoon ja liikuntaan. Nykyihmiset käyttävät vesi- ja lämpöenergiavaroja myös sähköntuotantoon ja lämmitykseen. Esimerkiksi Islannissa oli vuonna 2003 vesivoiman tuotanto 7,08 miljardia kilowattituntia, josta 1,41 miljardia kilowattituntia tuotettiin geotermisen energian (eli veden lämpöenergian) avulla. 86 % maan asukkaista on käyttänyt geotermistä energiaa (veden lämpöenergiaa) lämmitykseen. Xizangiin on rakennettu Yangbajingin voimalaitos, jonka asennettu kapasiteetti on 25 000 kilowattia ja joka myös käyttää geotermistä energiaa (vesi- ja lämpöenergiavaroja) sähkön tuotantoon. Asiantuntijoiden ennusteiden mukaan Kiinassa lähes 100 metrin säteellä maaperään kerättävä matalan lämpötilan energia (pohjavettä väliaineena) voi vuosittain nousta 150 miljardiin kilowattiin. Tällä hetkellä Kiinassa on asennettu 35 300 kilowattia geotermisen energian tuotantokapasiteettia.
(2) Hydrauliset energialähteet
Hydraulienergia sisältää veden kineettisen ja potentiaalienergian. Muinaisessa Kiinassa myrskyisten jokien, vesiputousten ja vesiputousten hydraulista energiaa hyödynnettiin laajalti koneiden, kuten vesipyörien, vesimyllyjen ja vesimyllyjen, rakentamiseen veden kasteluun, viljanjalostukseen ja riisin kuorintaan. 1830-luvulla hydraulisia asemia kehitettiin ja hyödynnettiin Euroopassa suurten teollisuudenalojen, kuten jauhomyllyjen, puuvillamyllyjen ja kaivosteollisuuden, energianlähteenä. Nykyaikaiset vesiturbiinit, jotka käyttävät suoraan keskipakoisvesipumppuja tuottaakseen keskipakoisvoiman veden nostoa ja kastelua varten, sekä vesivasarapumppuasemat, jotka käyttävät veden virtausta vesivasarapaineen tuottamiseen ja korkean vedenpaineen muodostamiseen veden nostoa ja kastelua varten, ovat kaikki suoraa vesienergiavarojen kehittämistä ja hyödyntämistä.
(3) Vesivoimavarat
1880-luvulla, kun sähkö löydettiin, sähkömoottoreita valmistettiin sähkömagneettisen teorian perusteella ja rakennettiin vesivoimalaitoksia vesivoimalaitosten hydraulisen energian muuntamiseksi sähköenergiaksi ja toimittamiseksi käyttäjille, mikä aloitti vesivoimavarojen voimakkaan kehityksen ja hyödyntämisen aikakauden.
Vesivoimavaroja, joihin nyt viittaamme, kutsutaan yleensä vesivoimavaroiksi. Jokivesivarojen lisäksi valtameri sisältää valtavia vuorovesi-, aalto-, suola- ja lämpötilaenergiaa. Maailmanlaajuisten valtamerivesivoimavarojen arvioidaan olevan 76 miljardia kilowattia, mikä on yli 15 kertaa enemmän kuin maalla sijaitsevan jokivesivoiman teoreettiset varat. Näistä vuorovesienergia on 3 miljardia kilowattia, aaltoenergia 3 miljardia kilowattia, lämpötilaeroenergia 40 miljardia kilowattia ja suolaeroenergia 30 miljardia kilowattia. Tällä hetkellä vain vuorovesienergian kehitys- ja hyödyntämisteknologia on saavuttanut käytännön vaiheen, jota ihmiset voivat kehittää laajamittaisesti merivesivoimavarojen hyödyntämiseksi. Muiden energialähteiden kehittäminen ja hyödyntäminen vaatii vielä lisätutkimusta, jotta saavutetaan läpimurtoja teknisessä ja taloudellisessa toteutettavuudessa sekä käytännön kehityksen ja hyödyntämisen saavuttamiseksi. Yleensä valtamerienergian kehittämisellä ja hyödyntämisellä tarkoitetaan pääasiassa vuorovesienergian kehittämistä ja hyödyntämistä. Kuun ja auringon vetovoima maan pintaan aiheuttaa säännöllisiä vedenpinnan vaihteluita, joita kutsutaan vuorovesiksi. Meriveden vaihtelut muodostavat vuorovesienergiaa. Periaatteessa vuorovesienergia on mekaanista energiaa, joka syntyy vuorovesien pinnankorkeuden vaihtelusta.
Vuorovesimyllyt ilmestyivät 1000-luvulla, ja 1900-luvun alussa Saksa ja Ranska alkoivat rakentaa pieniä vuorovesivoimaloita.
Maailman hyödynnettävän vuorovesienergian määrän arvioidaan olevan 1–1,1 miljardia kilowattia, ja vuotuinen sähköntuotanto on noin 1 240 miljardia kilowattituntia. Kiinan hyödynnettävien vuorovesienergiavarojen asennettu kapasiteetti on 21,58 miljoonaa kilowattia ja vuotuinen sähköntuotanto 30 miljardia kilowattituntia.
Maailman tällä hetkellä suurin vuorovesivoimala on Rennesin vuorovesivoimala Ranskassa, jonka asennettu kapasiteetti on 240 000 kilowattia. Kiinan ensimmäinen vuorovesivoimala, Jizhoun vuorovesivoimala Guangdongissa, rakennettiin vuonna 1958, ja sen asennettu kapasiteetti on 40 kilowattia. Zhejiang Jiangxian vuorovesivoimala, joka rakennettiin vuonna 1985, on asennettuna 3 200 kilowattia, mikä on kolmanneksi suurin maailmassa.
Lisäksi Kiinan valtamerissä aaltoenergian varannot ovat noin 12,85 miljoonaa kilowattia, vuorovesienergian varannot noin 13,94 miljoonaa kilowattia, suolaeron energian varannot noin 125 miljoonaa kilowattia ja lämpötilaeron energian varannot noin 1,321 miljardia kilowattia. Yhteenvetona voidaan todeta, että Kiinan valtamerienergian kokonaismäärä on noin 1,5 miljardia kilowattia, mikä on yli kaksinkertainen maalla ja merellä tuotetun vesivoiman teoreettiseen varantoon verrattuna, joka on 694 miljoonaa kilowattia. Sillä on laajat kehitys- ja hyödyntämismahdollisuudet. Nykyään maat ympäri maailmaa investoivat voimakkaasti teknologisten lähestymistapojen tutkimukseen valtavien valtavien energiavarojen kehittämiseksi ja hyödyntämiseksi.
2. Vesivoimavarat
Vesivoimalla tarkoitetaan yleensä jokien veden virtauksen potentiaali- ja liike-energian käyttöä työn suorittamiseen ja vesivoimalaitosten pyörittämiseen sähkön tuottamiseksi. Hiili, öljy, maakaasu ja ydinvoiman tuotanto vaativat uusiutumattomien polttoaineiden kulutusta, kun taas vesivoiman tuotanto ei kuluta vesivaroja, vaan hyödyntää jokien virtauksen energiaa.
(1) Maailmanlaajuiset vesivoimavarat
Maailman jokien vesivoimavarojen kokonaisvarannot ovat 5,05 miljardia kilowattia, ja vuotuinen sähköntuotanto on jopa 44,28 biljoonaa kilowattituntia. Teknisesti hyödynnettävissä olevat vesivoimavarat ovat 2,26 miljardia kilowattia, ja vuotuinen sähköntuotanto voi nousta 9,8 biljoonaan kilowattituntiin.
Vuonna 1878 Ranska rakensi maailman ensimmäisen vesivoimalaitoksen, jonka asennettu kapasiteetti oli 25 kilowattia. Tähän mennessä asennettu vesivoimakapasiteetti maailmanlaajuisesti on ylittänyt 760 miljoonaa kilowattia, ja vuotuinen sähköntuotanto on 3 biljoonaa kilowattituntia.
(2) Kiinan vesivoimavarat
Kiina on yksi maailman rikkaimmista vesivoimavaroista omistavista maista. Viimeisimmän vesivoimavarojen selvityksen mukaan Kiinan jokiveden teoreettiset energiavarannot ovat 694 miljoonaa kilowattia ja vuosittainen teoreettinen sähköntuotanto 6,08 biljoonaa kilowattituntia, mikä on maailman ensimmäinen vesivoiman teoreettisten varantojen suhteen. Kiinan vesivoimavarojen teknisesti hyödynnettävissä oleva kapasiteetti on 542 miljoonaa kilowattia ja vuosittainen sähköntuotanto 2,47 biljoonaa kilowattituntia. Taloudellisesti hyödynnettävissä oleva kapasiteetti on 402 miljoonaa kilowattia ja vuosittainen sähköntuotanto 1,75 biljoonaa kilowattituntia, mikä on maailman ensimmäinen.
Heinäkuussa 1905 rakennettiin Kiinan ensimmäinen vesivoimalaitos, Guishanin vesivoimalaitos Taiwanin maakuntaan, jonka asennettu kapasiteetti oli 500 kVA. Vuonna 1912 valmistui Kiinan mantereen ensimmäinen vesivoimalaitos, Shilongban vesivoimalaitos Kunmingiin, Yunnanin maakuntaan, sähköntuotantoa varten. Sen asennettu kapasiteetti oli 480 kilowattia. Vuonna 1949 maan asennettu vesivoimakapasiteetti oli 163 000 kilowattia. Vuoden 1999 loppuun mennessä se oli noussut 72,97 miljoonaan kilowattiin, mikä oli toiseksi suurin vain Yhdysvaltojen jälkeen ja toiseksi suurin maailmassa. Vuoteen 2005 mennessä Kiinan asennettu vesivoimakapasiteetti oli noussut 115 miljoonaan kilowattiin, mikä oli maailman ensimmäinen ja osuu 14,4 prosenttiin hyödynnettävästä vesivoimakapasiteetista ja 20 prosenttiin maan energiateollisuuden asennetusta kokonaiskapasiteetista.
(3) Vesivoiman ominaisuudet
Vesivoimaenergia uusiutuu toistuvasti luonnon hydrologisen kierron myötä, ja ihmiset voivat käyttää sitä jatkuvasti. Ihmiset käyttävät usein ilmaisua "ehtymätön" kuvaamaan vesivoimaenergian uusiutuvuutta.
Vesivoima ei kuluta polttoainetta eikä tuota haitallisia aineita tuotannon ja käytön aikana. Sen hallinta- ja käyttökustannukset, sähköntuotantokustannukset ja ympäristövaikutukset ovat paljon pienemmät kuin lämpövoiman, mikä tekee siitä edullisen vihreän energian lähteen.
Vesivoimalla on hyvä säätökyky, nopea käynnistys ja se vaikuttaa merkittävästi sähköverkon toimintaan huippukuormituksen aikana. Se on nopeaa ja tehokasta, mikä vähentää sähkönsyötön häviöitä hätä- ja onnettomuustilanteissa ja varmistaa sähkönsyötön turvallisuuden.
Vesivoima ja mineraalienergia kuuluvat luonnonvaroihin perustuvaan primäärienergiaan, joka muunnetaan sähköenergiaksi ja jota kutsutaan sekundäärienergiaksi. Vesivoiman kehittäminen on energialähde, joka suorittaa samanaikaisesti sekä primäärienergian kehittämisen että sekundäärienergian tuotannon, ja sillä on kaksi tehtävää: primäärienergian rakentaminen ja sekundäärienergian rakentaminen. Yhtä energiamineraalien louhinta-, kuljetus- ja varastointiprosessia ei tarvita, mikä vähentää huomattavasti polttoainekustannuksia.
Vesivoiman kehittämistä varten rakennettujen tekoaltaiden rakentaminen muuttaa paikallisten alueiden ekologista ympäristöä. Toisaalta se vaatii osan maasta upottamista, mikä johtaa maahanmuuttajien siirtymiseen. Toisaalta se voi palauttaa alueen mikroilmaston, luoda uuden vesiekologisen ympäristön, edistää eliöiden selviytymistä ja helpottaa ihmisten tulvien torjuntaa, kastelua, matkailua ja merenkulun kehittämistä. Siksi vesivoimahankkeiden suunnittelussa tulisi kokonaisvaltaisesti ottaa huomioon ekologiseen ympäristöön kohdistuvien haitallisten vaikutusten minimointi, ja vesivoiman kehittämisellä on enemmän etuja kuin haittoja.
Vesivoiman etujen vuoksi maat ympäri maailmaa omaksuvat nyt politiikkoja, jotka asettavat vesivoiman kehittämisen etusijalle. 1990-luvulla vesivoiman osuus Brasilian kokonaisasennetusta kapasiteetista oli 93,2 %, kun taas maissa, kuten Norjassa, Sveitsissä, Uudessa-Seelannissa ja Kanadassa, vesivoiman osuus oli yli 50 %.
Vuonna 1990 vesivoiman osuus hyödynnettävästä sähköstä joissakin maailman maissa oli 74 % Ranskassa, 72 % Sveitsissä, 66 % Japanissa, 61 % Paraguayssa, 55 % Yhdysvalloissa, 54 % Egyptissä, 50 % Kanadassa, 17,3 % Brasiliassa, 11 % Intiassa ja 6,6 % Kiinassa samalla ajanjaksolla.
Julkaisun aika: 24.9.2024
