עקרון ייצור אנרגיה הידרואלקטרית וניתוח המצב הנוכחי של פיתוח אנרגיה הידרואלקטרית בסין

111 שנים חלפו מאז שסין החלה בבניית תחנת הכוח ההידרואלקטרית שילונגבה, תחנת הכוח ההידרואלקטרית הראשונה בשנת 1910. ביותר מ-100 שנים אלו, תעשיית המים והחשמל של סין הגיעה להישגים יוצאי דופן, החל מההספק המותקן של תחנת הכוח ההידרואלקטרית שילונגבה של 480 קילוואט בלבד ועד 370 מיליון קילוואט, המדורגת במקום הראשון בעולם. אנחנו בתעשיית הפחם, ונשמע חדשות על אנרגיה הידרואלקטרית, אבל אנחנו לא יודעים הרבה על תעשיית האנרגיה ההידרואלקטרית.

היום, בואו נבין בקצרה את נושא האנרגיה ההידרואלקטרית מהעקרונות והמאפיינים שלה, מהמצב הנוכחי ומגמת הפיתוח של האנרגיה ההידרואלקטרית בסין.

01 עקרון ייצור החשמל של אנרגיה הידרואלקטרית

למעשה, אנרגיה הידרואלקטרית היא תהליך של המרת האנרגיה הפוטנציאלית של מים לאנרגיה מכנית, ולאחר מכן מאנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. באופן כללי, מדובר בשימוש במי הנהר הזורמים כדי להפעיל את המנוע לייצור חשמל, והאנרגיה הכלולה בנהר או בחלק מאגן שלו תלויה בנפח המים ובירידה.

נפח המים בנהר אינו נשלט על ידי גוף משפטי, והירידה תקינה. לכן, בעת בניית תחנות כוח הידרואלקטריות, ניתן לבחור בבניית סכרים והטיית זרימה כדי לרכז את הירידה, ובכך לשפר את שיעור הניצול של משאבי המים.

סכר הוא בניית סכר בטווח עם מפלס גדול, הקמת מאגר לאגירת מים והעלאת מפלס המים, כמו תחנת הכוח שלושת הערוצים; הסטה מתייחסת להסטת מים מהמאגר במעלה הזרם למורד הזרם דרך תעלת ההסטה, כמו תחנת הכוח ג'ינפינג II.

02 מאפיינים של אנרגיה הידרואלקטרית

היתרונות של אנרגיה הידרואלקטרית כוללים בעיקר הגנה על הסביבה והתחדשות, יעילות וגמישות גבוהות, עלות תחזוקה נמוכה וכן הלאה.

שמירה על הסביבה ואנרגיה מתחדשת צריכים להיות היתרון הגדול ביותר של אנרגיה הידרואלקטרית. אנרגיה הידרואלקטרית משתמשת רק באנרגיה שבמים, אינה צורכת מים ואינה גורמת לזיהום.

סט גנרטור טורבינות מים, ציוד החשמל העיקרי לייצור אנרגיה הידרואלקטרית, אינו רק יעיל, אלא גם גמיש להפעלה והפעלה. הוא יכול להתחיל במהירות את הפעולה ממצב סטטי תוך מספר דקות ולהשלים את משימת הגדלת והקטנת העומס תוך מספר שניות. ניתן להשתמש באנרגיה הידרואלקטרית לביצוע משימות של גילוח שיא, אפנון תדר, המתנה לעומס והמתנה לתאונות של מערכת החשמל.

ייצור אנרגיה הידרואלקטרית אינו צורך דלק, אינו דורש מספר רב של כוח אדם ומתקנים המושקעים בכרייה והובלת דלק, בעל ציוד פשוט, מעט מפעילים, פחות כוח עזר, חיי שירות ארוכים של ציוד ועלויות תפעול ותחזוקה נמוכות, כך שעלות ייצור החשמל של תחנת כוח הידרואלקטרית נמוכה, רק 1/5-1/8 מזו של תחנת כוח תרמית, ושיעור ניצול האנרגיה של תחנת כוח הידרואלקטרית גבוה, עד יותר מ-85%. היעילות התרמית של תחנות כוח פחמיות היא רק כ-40%.

החסרונות של אנרגיה הידרואלקטרית כוללים בעיקר השפעה גדולה של האקלים, מוגבלות על ידי תנאים גיאוגרפיים, השקעה גדולה בשלב המוקדם ופגיעה בסביבה האקולוגית.

אנרגיה הידרואלקטרית מושפעת מאוד ממשקעים. האם מדובר בעונה יבשה או בעונה רטובה הוא גורם התייחסות חשוב לרכישת פחם של תחנות כוח תרמיות. ייצור אנרגיה הידרואלקטרית יציב בהתאם לשנה ולמחוז, אך תלוי ב"יום" כאשר הוא מפורט לחודש, לרבעון ולאזור. הוא אינו יכול לספק חשמל יציב ואמין כמו אנרגיה תרמית.

ישנם הבדלים גדולים בין הדרום לצפון בעונה הגשומה ובעונה היבשה. עם זאת, לפי הסטטיסטיקה של ייצור אנרגיה הידרואלקטרית בכל חודש בין השנים 2013 ל-2021, בסך הכל, העונה הגשומה של סין היא בערך מיוני עד אוקטובר והעונה היבשה היא בערך מדצמבר עד פברואר. ההבדל בייצור החשמל בין השניים יכול להיות יותר מהוכפל. יחד עם זאת, ניתן לראות שעל רקע עלייה בקיבולת המותקנת, ייצור החשמל מינואר עד מרץ השנה נמוך משמעותית מזה של שנים קודמות, וייצור החשמל במרץ אף שווה ערך לזה של 2015. זה מספיק כדי לראות את "חוסר היציבות" של אנרגיה הידרואלקטרית.

ייצור אנרגיה הידרואלקטרית בכל חודש בין השנים 2013 ל-2021 (100 מיליון קוט"ש)

מוגבל על ידי תנאים אובייקטיביים. לא ניתן לבנות תחנות כוח הידרואלקטריות במקום בו יש מים. גיאולוגיה, מפל, מהירות זרימה, מעבר תושבים ואפילו חלוקה מנהלית - כל אלה מגבילים את בניית תחנת כוח הידרואלקטרית. לדוגמה, פרויקט שימור המים של קניון היישאן, שהוזכר בקונגרס העממי הלאומי בשנת 1956, לא אושר עקב תיאום לקוי של אינטרסים בין גאנסו לנינגשיה. עד השנה, הנושא הופיע שוב בהצעה של שני המושבים, מתי ניתן להתחיל בבנייה עדיין לא ידוע.

ההשקעה הנדרשת עבור אנרגיה הידרואלקטרית היא גדולה. עבודות הסלע והבטון לבניית תחנות כוח הידרואלקטריות הן עצומות, ויש לשלם הוצאות יישוב מחדש עצומות; יתר על כן, ההשקעה המוקדמת באה לידי ביטוי לא רק בהון, אלא גם בזמן. עקב הצורך ביישוב מחדש ותיאום בין מחלקות שונות, מחזור הבנייה של תחנות כוח הידרואלקטריות רבות יתעכב בהרבה מהמתוכנן.

אם ניקח כדוגמה את תחנת הכוח ההידרואלקטרית בייהטן הנמצאת בבנייה, הפרויקט החל בשנת 1958 ונכלל ב"תוכנית החומש השלישית" בשנת 1965. עם זאת, לאחר מספר תפניות, הוא לא החל רשמית עד אוגוסט 2011. עד כה, תחנת הכוח ההידרואלקטרית בייהטן לא הושלמה. למעט תכנון התכנון הראשוני, מחזור הבנייה בפועל יימשך לפחות 10 שנים.

מאגרים גדולים גורמים להצפות בקנה מידה גדול בחלקים העליונים של הסכר, ולעיתים פוגעים בשפלות, עמקי נהרות, יערות ואדמות מרעה. במקביל, הדבר ישפיע גם על המערכת האקולוגית המימית סביב המפעל. יש לו השפעה רבה על דגים, עופות מים ובעלי חיים אחרים.

03 המצב הנוכחי של פיתוח אנרגיה הידרואלקטרית בסין

בשנים האחרונות, ייצור אנרגיה הידרואלקטרית שמר על צמיחה, אך קצב הצמיחה בחמש השנים האחרונות נמוך.

בשנת 2020, כושר ייצור האנרגיה ההידרואלקטרית יעמוד על 1355.21 מיליארד קוט"ש, עם עלייה שנתית של 3.9%. עם זאת, במהלך תקופת תוכנית החומש ה-13, אנרגיית הרוח והאופטואלקטרוניקה התפתחו במהירות, ועברו את יעדי התכנון, בעוד שאנרגיה הידרואלקטרית השלימה רק כמחצית מיעדי התכנון. במהלך 20 השנים האחרונות, חלקה של אנרגיה הידרואלקטרית בייצור החשמל הכולל נותר יציב יחסית, ונשמר על 14% - 19%.

מקצב הצמיחה של ייצור החשמל בסין, ניתן לראות שקצב הצמיחה של אנרגיית מים הואט בחמש השנים האחרונות, ונשמר בעיקרו על כ-5%.

אני חושב שהסיבות להאטה הן, מצד אחד, סגירת תחנות כוח הידרואלקטריות קטנות, אשר מוזכרת בבירור בתוכנית החומש ה-13 להגנה ותיקון הסביבה האקולוגית. ישנן 4705 תחנות כוח הידרואלקטריות קטנות שצריך לתקן ולהסיר אותן במחוז סצ'ואן בלבד;

מצד שני, סין סובלת ממחסור במשאבים גדולים לפיתוח אנרגיה הידרואלקטרית. סין בנתה תחנות כוח הידרואלקטריות רבות כמו שלושת הערוצים, גז'ובה, וודונגדה, שיאנגג'יאבה ובאיהטן. המשאבים לשיקום תחנות כוח הידרואלקטריות גדולות עשויים להיות רק "העיקול הגדול" של נהר יארלונג זאנגבו. עם זאת, מכיוון שהאזור כרוך במבנה גיאולוגי, שליטה סביבתית בשמורות טבע ויחסים עם מדינות שכנות, היה קשה לפתור זאת בעבר.

יחד עם זאת, ניתן לראות גם מקצב הצמיחה של ייצור החשמל ב-20 השנים האחרונות שקצב הצמיחה של אנרגיה תרמית מסונכרן בעיקרו עם קצב הצמיחה של ייצור החשמל הכולל, בעוד שקצב הצמיחה של אנרגיה הידרואלקטרית אינו רלוונטי לקצב הצמיחה של ייצור החשמל הכולל, דבר המראה את המצב של "עלייה כל שנתיים". למרות שישנן סיבות לשיעור הגבוה של אנרגיה תרמית, הדבר משקף במידה מסוימת גם את חוסר היציבות של אנרגיה הידרואלקטרית.

צמיחה בייצור חשמל

מבחינת שיעור ייצור החשמל, ניתן לראות גם שלמרות שתעשיית האנרגיה ההידרואלקטרית התפתחה במהירות ב-20 השנים האחרונות, וייצור החשמל ההידרואלקטרי בשנת 2020 גדול פי חמישה מזה של 2001, שיעור ייצור החשמל הכולל לא השתנה באופן משמעותי.

בתהליך של צמצום חלקה של אנרגיה תרמית, אנרגיה הידרואלקטרית לא מילאה תפקיד משמעותי. למרות שהיא מתפתחת במהירות, היא יכולה לשמור על חלקה בייצור החשמל הכולל רק על רקע העלייה הגדולה בייצור החשמל הארצי. הירידה בחלקה של אנרגיה תרמית נובעת בעיקר ממקורות אנרגיה נקיים אחרים, כגון אנרגיית רוח, אנרגיה פוטו-וולטאית, גז טבעי, אנרגיה גרעינית וכו'.

ריכוז מופרז של משאבי אנרגיה הידרואלקטרית

סך ייצור החשמל ההידרואלקטרי במחוזות סצ'ואן ויונאן מהווה כמעט מחצית מייצור החשמל ההידרואלקטרי הלאומי, והבעיה הנובעת מכך היא שאזורים עשירים במשאבי חשמל הידרואלקטרי עשויים שלא להיות מסוגלים לספוג ייצור חשמל הידרואלקטרי מקומי, מה שגורם לבזבוז אנרגיה. שני שלישים מהשפכים והחשמל באגני נהרות גדולים בסין מגיעים ממחוז סצ'ואן, עד 20.2 מיליארד קוט"ש, ויותר ממחצית החשמל הפסולת במחוז סצ'ואן מגיע מהזרם הראשי של נהר דאדו.

ברחבי העולם, צריכת האנרגיה ההידרואלקטרית של סין התפתחה במהירות ב-10 השנים האחרונות. סין כמעט והובילה את הצמיחה של צריכת האנרגיה ההידרואלקטרית העולמית. כמעט 80% מהצמיחה של צריכת האנרגיה ההידרואלקטרית העולמית מגיעה מסין, וצריכת האנרגיה ההידרואלקטרית של סין מהווה יותר מ-30% מצריכת האנרגיה ההידרואלקטרית העולמית.

עם זאת, חלקה של צריכת אנרגיה הידרואלקטרית עצומה כזו בצריכת האנרגיה הראשונית הכוללת של סין גבוה רק במעט מהממוצע העולמי, פחות מ-8% בשנת 2019. גם אם לא משווים זאת למדינות מפותחות כמו קנדה ונורבגיה, חלקה של צריכת האנרגיה ההידרואלקטרית נמוך בהרבה מזה של ברזיל, מדינה מתפתחת. לסין יש 680 מיליון קילוואט של משאבי אנרגיה הידרואלקטרית, והיא מדורגת במקום הראשון בעולם. עד 2020, כושר הייצור המותקן של אנרגיה הידרואלקטרית יעמוד על 370 מיליון קילוואט. מנקודת מבט זו, לתעשיית האנרגיה ההידרואלקטרית של סין עדיין יש מקום רב לפיתוח.

04 מגמת פיתוח עתידית של אנרגיה הידרואלקטרית בסין

ייצור החשמל ההידרואלקטרי יאיץ את צמיחתו בשנים הקרובות ותמשיך לעלות בשיעור ייצור החשמל הכולל.

מצד אחד, במהלך תקופת תוכנית החומש ה-14, ניתן יהיה להפעיל בסין יותר מ-50 מיליון קילוואט של אנרגיה הידרואלקטרית, כולל תחנות הכוח ההידרואלקטריות וודונגדה ובאיהטן מקבוצת שלושת הערוצים והחלקים האמצעיים של תחנת הכוח ההידרואלקטרית של נהר יאלונג. יתר על כן, פרויקט פיתוח האנרגיה ההידרואלקטרית בחלקים התחתונים של נהר יארלונג זאנגבו נכלל בתוכנית החומש ה-14, עם 70 מיליון קילוואט של משאבים ניתנים לניצול טכני, השווה ערך ליותר משלוש תחנות כוח הידרואלקטריות של שלושת הערוצים. משמעות הדבר היא שאנרגיה הידרואלקטרית תביא להתפתחות גדולה שוב;

מצד שני, הירידה בהיקף ייצור החשמל התרמי היא ללא ספק צפויה. בין אם מנקודת מבט של הגנת הסביבה, ביטחון אנרגטי ופיתוח טכנולוגי, ייצור החשמל התרמי ימשיך להפחית את חשיבותו בתחום החשמל.

בשנים הקרובות, קצב הפיתוח של אנרגיה הידרואלקטרית עדיין לא ניתן להשוות לזו של אנרגיה חדשה. אפילו בשיעור ייצור החשמל הכולל, היא עשויה להיות מדורגת בין המאוחרות יותר של אנרגיה חדשה. אם הזמן יתארך, ניתן לומר שהיא תעקוף על ידי אנרגיה חדשה.

ליו שיו, מנהל מחלקת התכנון של המכון הכללי לתכנון חשמל, צופה כי במהלך תקופת תוכנית החומש ה-14, כושר הייצור המותקן של אנרגיה חדשה בסין יעלה על 800 מיליון קילוואט, המהווים 29%; ייצור החשמל השנתי יגיע ל-1.5 טריליון קילוואט-שעה, ועולה על ייצור אנרגיה הידרואלקטרית.