Sono passati 111 anni da quando la Cina ha avviato la costruzione della centrale idroelettrica di Shilongba, la prima nel 1910. In questi oltre 100 anni, l'industria idrica ed elettrica cinese ha raggiunto traguardi straordinari, passando da una capacità installata di soli 480 kW a 370 milioni di kW, posizionandosi al primo posto a livello mondiale. Siamo nel settore del carbone e sentiamo parlare di energia idroelettrica, ma non ne sappiamo molto.
Oggi approfondiremo brevemente i principi e le caratteristiche dell'energia idroelettrica, analizzando anche la situazione attuale e il trend di sviluppo dell'energia idroelettrica in Cina.
01 principio di generazione di energia idroelettrica
In effetti, l'energia idroelettrica è il processo di conversione dell'energia potenziale dell'acqua in energia meccanica, e poi da quest'ultima in energia elettrica. In generale, si tratta di utilizzare l'acqua corrente di un fiume per azionare il motore e generare energia, e l'energia contenuta in un fiume o in una sezione del suo bacino dipende dal volume d'acqua e dal dislivello.
Il volume d'acqua del fiume non è controllato da alcun ente giuridico e il salto d'acqua è accettabile. Pertanto, nella costruzione di centrali idroelettriche, si può optare per la costruzione di dighe e deviazioni per concentrare il salto d'acqua, migliorando così il tasso di utilizzo delle risorse idriche.
La costruzione di una diga consiste nel costruire una diga in un tratto con un grande dislivello, creare un bacino per immagazzinare l'acqua e innalzarne il livello, come nel caso della centrale idroelettrica delle Tre Gole; la deviazione si riferisce alla deviazione dell'acqua dal bacino a monte verso valle attraverso il canale di deviazione, come nel caso della centrale idroelettrica Jinping II.
02 caratteristiche dell'energia idroelettrica
I vantaggi dell'energia idroelettrica includono principalmente la tutela e la rigenerazione ambientale, l'elevata efficienza e flessibilità, i bassi costi di manutenzione e così via.
La tutela dell'ambiente e le fonti rinnovabili dovrebbero essere i principali vantaggi dell'energia idroelettrica. L'energia idroelettrica utilizza solo l'energia presente nell'acqua, non la consuma e non inquina.
Il gruppo elettrogeno a turbina idraulica, principale apparecchiatura di potenza per la produzione di energia idroelettrica, non è solo efficiente, ma anche flessibile nell'avviamento e nel funzionamento. Può avviarsi rapidamente da fermo in pochi minuti e completare le operazioni di aumento e riduzione del carico in pochi secondi. L'energia idroelettrica può essere utilizzata per svolgere le funzioni di peak shaving, modulazione di frequenza, standby del carico e standby in caso di incidente del sistema elettrico.
La produzione di energia idroelettrica non consuma carburante, non necessita di un gran numero di manodopera e di investimenti in strutture per l'estrazione e il trasporto di carburante, ha attrezzature semplici, pochi operatori, meno energia ausiliaria, lunga durata delle attrezzature e bassi costi di funzionamento e manutenzione, quindi il costo di produzione di energia della centrale idroelettrica è basso, solo 1/5-1/8 di quello di una centrale termoelettrica, e il tasso di utilizzo dell'energia della centrale idroelettrica è elevato, fino a oltre l'85%. L'efficienza termica delle centrali elettriche a carbone è solo del 40% circa.
Gli svantaggi dell'energia idroelettrica includono principalmente la forte influenza del clima, i limiti imposti dalle condizioni geografiche, gli ingenti investimenti nella fase iniziale e i danni all'ambiente ecologico.
L'energia idroelettrica è fortemente influenzata dalle precipitazioni. La stagione secca o umida è un fattore di riferimento importante per l'approvvigionamento di energia a carbone per le centrali termoelettriche. La produzione di energia idroelettrica è stabile a seconda dell'anno e della provincia, ma dipende dal "giorno" quando viene specificata per mese, trimestre e regione. Non può fornire energia stabile e affidabile come l'energia termoelettrica.
Ci sono grandi differenze tra il Sud e il Nord per quanto riguarda la stagione delle piogge e la stagione secca. Tuttavia, secondo le statistiche sulla produzione idroelettrica per ogni mese dal 2013 al 2021, nel complesso, in Cina la stagione delle piogge va da giugno a ottobre, mentre quella secca va da dicembre a febbraio. La differenza nella produzione di energia tra le due può essere più che raddoppiata. Allo stesso tempo, possiamo anche osservare che, a fronte dell'aumento della capacità installata, la produzione di energia da gennaio a marzo di quest'anno è significativamente inferiore rispetto agli anni precedenti, e la produzione di energia a marzo è addirittura equivalente a quella del 2015. Questo è sufficiente a farci comprendere l'"instabilità" dell'energia idroelettrica.
Produzione di energia idroelettrica in ogni mese dal 2013 al 2021 (100 milioni di kWh)
Limitata da condizioni oggettive. Le centrali idroelettriche non possono essere costruite dove c'è acqua. Geologia, dislivello, velocità del flusso, trasferimenti dei residenti e persino la divisione amministrativa sono tutti fattori che limitano la costruzione di una centrale idroelettrica. Ad esempio, il progetto di conservazione delle acque della Gola di Heishan, menzionato all'Assemblea Nazionale del Popolo nel 1956, non è stato approvato a causa dello scarso coordinamento degli interessi tra Gansu e Ningxia. Fino a quest'anno, è ricomparso nella proposta delle due sessioni. Non si sa ancora quando potranno iniziare i lavori.
Gli investimenti necessari per l'energia idroelettrica sono ingenti. I lavori di scavo, scavo e calcestruzzo per la costruzione delle centrali idroelettriche sono ingenti e comportano ingenti spese di insediamento. Inoltre, l'investimento iniziale si riflette non solo in termini di capitale, ma anche di tempo. A causa della necessità di insediamento e coordinamento di diversi dipartimenti, il ciclo di costruzione di molte centrali idroelettriche subirà notevoli ritardi rispetto a quanto previsto.
Prendendo ad esempio la centrale idroelettrica di Baihetan in costruzione, il progetto fu avviato nel 1958 e incluso nel "terzo piano quinquennale" del 1965. Tuttavia, dopo diverse vicissitudini, non fu avviato ufficialmente fino all'agosto 2011. Ad oggi, la centrale idroelettrica di Baihetan non è stata completata. Escludendo la progettazione preliminare, il ciclo di costruzione effettivo richiederà almeno 10 anni.
I grandi bacini idrici causano inondazioni su larga scala nel tratto superiore della diga, a volte danneggiando pianure, valli fluviali, foreste e praterie. Allo stesso tempo, influiscono anche sull'ecosistema acquatico circostante l'impianto, con un impatto significativo su pesci, uccelli acquatici e altri animali.
03 situazione attuale dello sviluppo idroelettrico in Cina
Negli ultimi anni, la produzione idroelettrica ha mantenuto la crescita, ma il tasso di crescita negli ultimi cinque anni è basso
Nel 2020, la capacità di generazione idroelettrica sarà di 1.355,21 miliardi di kWh, con un aumento annuo del 3,9%. Tuttavia, durante il periodo del 13° Piano Quinquennale, l'energia eolica e l'optoelettronica si sono sviluppate rapidamente, superando gli obiettivi di pianificazione, mentre l'energia idroelettrica ha raggiunto solo circa la metà degli obiettivi di pianificazione. Negli ultimi 20 anni, la quota di energia idroelettrica nella produzione totale di energia è rimasta relativamente stabile, attestandosi tra il 14% e il 19%.
Osservando il tasso di crescita della produzione di energia elettrica in Cina, si può osservare che negli ultimi cinque anni il tasso di crescita dell'energia idroelettrica ha subito un rallentamento, attestandosi sostanzialmente attorno al 5%.
Credo che le ragioni di questo rallentamento siano, da un lato, la chiusura delle piccole centrali idroelettriche, chiaramente menzionata nel tredicesimo piano quinquennale per la protezione e il ripristino dell'ambiente ecologico. Ci sono 4.705 piccole centrali idroelettriche che devono essere riqualificate e chiuse solo nella provincia del Sichuan;
D'altra parte, la Cina è carente di risorse per lo sviluppo di grandi centrali idroelettriche. La Cina ha costruito numerose centrali idroelettriche come le Tre Gole, Gezhouba, Wudongde, Xiangjiaba e Baihetan. Le risorse per la ricostruzione di grandi centrali idroelettriche potrebbero essere limitate solo alla "grande ansa" del fiume Yarlung Zangbo. Tuttavia, a causa della struttura geologica della regione, del controllo ambientale delle riserve naturali e delle relazioni con i paesi limitrofi, la questione è stata finora difficile da risolvere.
Allo stesso tempo, dal tasso di crescita della produzione di energia elettrica negli ultimi 20 anni si evince che il tasso di crescita dell'energia termoelettrica è sostanzialmente sincronizzato con il tasso di crescita della produzione totale di energia, mentre il tasso di crescita dell'energia idroelettrica è irrilevante rispetto al tasso di crescita della produzione totale di energia, evidenziando una tendenza alla "crescita ogni due anni". Sebbene vi siano ragioni per l'elevata quota di energia termoelettrica, essa riflette anche, in una certa misura, l'instabilità dell'energia idroelettrica.
Crescita della produzione di energia
Per quanto riguarda la percentuale di produzione di energia, possiamo anche notare che, sebbene il settore idroelettrico si sia sviluppato rapidamente negli ultimi 20 anni e la produzione di energia idroelettrica nel 2020 sia cinque volte superiore a quella del 2001, la percentuale sulla produzione totale di energia non è cambiata in modo significativo.
Nel processo di riduzione della quota di energia termoelettrica, l'energia idroelettrica non ha svolto un ruolo significativo. Sebbene in rapido sviluppo, può mantenere la sua quota nella produzione totale di energia solo a fronte del forte aumento della produzione nazionale di energia. La riduzione della quota di energia termoelettrica è dovuta principalmente ad altre fonti di energia pulita, come l'energia eolica, il fotovoltaico, il gas naturale, l'energia nucleare, ecc.
Eccessiva concentrazione delle risorse idroelettriche
La produzione idroelettrica totale delle province di Sichuan e Yunnan rappresenta quasi la metà della produzione idroelettrica nazionale, con il conseguente problema che le aree ricche di risorse idroelettriche potrebbero non essere in grado di assorbire la produzione idroelettrica locale, con conseguente spreco di energia. Due terzi delle acque reflue e dell'elettricità nei principali bacini fluviali della Cina provengono dalla provincia del Sichuan, fino a 20,2 miliardi di kWh, e più della metà dell'elettricità di scarto nella provincia del Sichuan proviene dal corso principale del fiume Dadu.
A livello mondiale, l'energia idroelettrica cinese si è sviluppata rapidamente negli ultimi 10 anni. La Cina ha quasi guidato la crescita dell'energia idroelettrica globale. Quasi l'80% della crescita del consumo idroelettrico globale proviene dalla Cina, e il consumo idroelettrico cinese rappresenta oltre il 30% del consumo idroelettrico globale.
Tuttavia, la quota di questo enorme consumo idroelettrico sul consumo totale di energia primaria della Cina è solo leggermente superiore alla media mondiale, inferiore all'8% nel 2019. Anche se non viene confrontata con paesi sviluppati come Canada e Norvegia, la quota di consumo idroelettrico è di gran lunga inferiore a quella del Brasile, un paese in via di sviluppo. La Cina dispone di 680 milioni di kilowatt di risorse idroelettriche, posizionandosi al primo posto al mondo. Entro il 2020, la capacità idroelettrica installata sarà di 370 milioni di kilowatt. Da questo punto di vista, l'industria idroelettrica cinese ha ancora ampi margini di sviluppo.
04 Tendenze di sviluppo future dell'energia idroelettrica in Cina
L'energia idroelettrica accelererà la sua crescita nei prossimi anni e continuerà ad aumentare la sua quota nella produzione totale di energia.
Da un lato, durante il periodo del 14° Piano quinquennale, in Cina potranno essere messi in funzione oltre 50 milioni di kilowatt di energia idroelettrica, comprese le centrali idroelettriche di Wudongde e Baihetan del gruppo delle Tre Gole e il tratto intermedio della centrale idroelettrica del fiume Yalong. Inoltre, il progetto di sviluppo idroelettrico nel corso inferiore del fiume Yarlung Zangbo è stato incluso nel 14° piano quinquennale, con 70 milioni di kilowatt di risorse tecnicamente sfruttabili, equivalenti a più di tre centrali idroelettriche delle Tre Gole. Ciò significa che l'energia idroelettrica inaugurerà di nuovo un grande sviluppo;
D'altro canto, la riduzione della scala di produzione di energia termoelettrica è ovviamente prevedibile. Sia dal punto di vista della tutela ambientale, della sicurezza energetica e dello sviluppo tecnologico, l'importanza dell'energia termoelettrica continuerà a ridursi nel settore energetico.
Nei prossimi anni, la velocità di sviluppo dell'energia idroelettrica non potrà ancora essere paragonata a quella delle nuove fonti energetiche. Anche in termini di percentuale sulla produzione totale di energia, potrebbe essere considerata tra le ultime arrivate nel campo delle nuove fonti energetiche. Se il tempo si prolunga, si può affermare che verrà superata dalle nuove fonti energetiche.
Liu Shiyu, direttore del dipartimento di pianificazione del General Electric Power Planning Institute, prevede che durante il periodo del 14° piano quinquennale la capacità installata di nuova energia in Cina supererà gli 800 milioni di kWh, pari al 29%. La produzione annua di energia raggiungerà 1,5 trilioni di kWh, superando l'energia idroelettrica.
Data di pubblicazione: 14-01-2022
