中国が1910年に最初の水力発電所である石龍壩水力発電所の建設を開始してから111年が経ちました。この100年以上の間に、中国の水力発電産業は、石龍壩水力発電所の設備容量がわずか480kWから世界一の3億7000万kWにまで拡大するという目覚ましい成果を上げてきました。私たちは石炭産業に携わっており、水力発電に関するニュースを耳にすることはありますが、水力発電産業についてはあまり詳しくありません。
本日は、水力発電の原理と特徴、そして中国における水力発電の現状と発展動向について、簡単に概説します。
01 水力発電の原理
実際、水力発電とは、水の持つ位置エネルギーを機械エネルギーに変換し、さらにその機械エネルギーを電気エネルギーに変換するプロセスです。一般的に言えば、流れる河川の水を利用してモーターを回転させ、発電を行うものであり、河川やその流域の一部に含まれるエネルギーは、水量と落差によって決まります。
河川の水量は法的な権限を持つ者によって管理されておらず、落差は許容範囲内である。したがって、水力発電所を建設する際には、ダム建設や分水といった手法を選択して落差を集中させることで、水資源の利用率を向上させることができる。
ダム建設とは、落差の大きい区間にダムを建設し、貯水池を設けて水を貯め、水位を上げることであり、例えば三峡ダム水力発電所がこれに該当します。分水とは、上流の貯水池から分水路を通して下流へ水を移すことであり、例えば錦屏第二水力発電所がこれに該当します。
02 水力発電の特徴
水力発電の主な利点としては、環境保護と再生、高効率と柔軟性、低維持費などが挙げられる。
水力発電の最大の利点は、環境保護と再生可能エネルギーであるべきだ。水力発電は水のエネルギーのみを利用し、水を消費せず、汚染も引き起こさない。
水力発電の主力設備である水力タービン発電機は、効率性に優れているだけでなく、起動・運転の柔軟性も高い。静止状態から数分で運転を開始でき、負荷の増減も数秒で完了する。水力発電は、電力系統のピークカット、周波数調整、負荷予備、および緊急予備といった様々な用途に利用できる。
水力発電は燃料を消費せず、燃料の採掘や輸送に多額の人員や設備投資を必要とせず、設備がシンプルで、オペレーターが少なく、補助動力も少なく、設備の耐用年数が長く、運転・保守コストが低いため、水力発電所の発電コストは低く、火力発電所のわずか1/5～1/8です。また、水力発電所のエネルギー利用率は高く、85%以上にも達します。石炭火力発電所の熱効率は約40%に過ぎません。
水力発電の欠点としては、主に気候の影響が大きいこと、地理的条件に制約されること、初期段階で多額の投資が必要となること、そして生態環境への悪影響が挙げられる。
水力発電は降水量に大きく左右されます。乾季か雨季かは、火力発電所の石炭調達における重要な参考要因となります。水力発電量は年や地域によって安定していますが、月、四半期、地域といった細分化では「日」ごとに変動します。そのため、火力発電のように安定した信頼性の高い電力供給はできません。
雨季と乾季には、南部と北部で大きな違いがあります。しかし、2013年から2021年までの各月の水力発電量の統計によると、中国の雨季は概ね6月から10月、乾季は概ね12月から2月です。この2つの時期の発電量の差は2倍以上になります。同時に、設備容量が増加しているにもかかわらず、今年の1月から3月までの発電量は例年より大幅に少なく、3月の発電量は2015年と同程度であることもわかります。これは、水力発電の「不安定さ」を私たちに示しています。
2013年から2021年までの各月における水力発電量（1億kWh単位）
客観的な条件によって制約を受ける。水力発電所は水がある場所に建設できるわけではない。地質、落差、流速、住民の移転、さらには行政区分といった要素すべてが、水力発電所の建設を制限する。例えば、1956年の全国人民代表大会で言及された黒山峡水利事業は、甘粛省と寧夏回族自治区の利害調整が不十分だったために実現しなかった。今年になって再び両会（全国人民代表大会と全国人民代表大会の合同会議）の提案に登場したが、いつ建設が開始されるかはまだ不明である。
水力発電に必要な投資額は莫大です。水力発電所の建設には膨大な土木工事やコンクリート工事が必要となり、移転費用も莫大にかかります。さらに、早期投資は資金面だけでなく、時間面でもメリットがあります。移転や各部門間の調整が必要となるため、多くの水力発電所の建設期間は計画よりも大幅に遅れるでしょう。
建設中の白鶴灘水力発電所を例にとると、このプロジェクトは1958年に着工され、1965年の「第3次五カ年計画」に盛り込まれた。しかし、紆余曲折を経て、正式に着工したのは2011年8月になってからだった。現在に至るまで、白鶴灘水力発電所は完成していない。予備設計段階を除けば、実際の建設期間は少なくとも10年かかる見込みだ。
大規模な貯水池は、ダム上流域で大規模な浸水を引き起こし、低地、河川流域、森林、草原などに被害を与えることがあります。同時に、ダム周辺の水生生態系にも影響を及ぼし、魚類、水鳥、その他の動物にも大きな影響を与えます。
03 中国における水力発電開発の現状
近年、水力発電量は成長を維持しているが、ここ5年間の成長率は低い。
2020年の水力発電容量は1兆3552億1000万kWhで、前年比3.9%増加した。しかし、第13次五カ年計画期間中、風力発電と光電子工学は急速に発展し、計画目標を上回った一方、水力発電は計画目標の約半分しか達成できなかった。過去20年間、総発電量に占める水力発電の割合は比較的安定しており、14%～19%で推移している。
中国の発電量の成長率を見ると、水力発電の成長率はここ5年間で鈍化し、ほぼ5％前後で推移していることがわかる。
減速の理由としては、一方では、生態環境の保護と修復に関する第13次五カ年計画で明確に言及されている小規模水力発電所の停止が挙げられる。四川省だけでも、是正と撤去が必要な小規模水力発電所が4705カ所ある。
一方、中国は大規模水力発電開発資源が不足している。中国は三峡、葛洲壩、武東徳、向家壩、白鶴灘など多くの水力発電所を建設してきた。大規模水力発電所の再建に利用できる資源は、ヤルンツァンポ川の「大湾曲部」に限られるかもしれない。しかし、この地域は地質構造、自然保護区の環境管理、周辺国との関係などに関わるため、これまで解決が困難だった。
同時に、ここ20年間の発電量増加率を見ると、火力発電の増加率は総発電量の増加率とほぼ同期しているのに対し、水力発電の増加率は総発電量の増加率とは無関係で、「隔年増」の状態を示していることがわかる。火力発電の割合が高いのには理由があるものの、これはある程度、水力発電の不安定さを反映しているとも言える。
発電量の増加
発電量の割合という点では、過去20年間で水力発電産業が急速に発展し、2020年の水力発電量は2001年の5倍になったにもかかわらず、総発電量に占める割合は大きく変化していないことがわかる。
火力発電の割合が減少する過程において、水力発電は大きな役割を果たしていません。水力発電は急速に発展していますが、国の発電量が大幅に増加するという背景の下で、総発電量に占める割合を維持するにとどまっています。火力発電の割合の減少は、主に風力発電、太陽光発電、天然ガス、原子力発電などの他のクリーンエネルギー源によるものです。
水力発電資源の過剰な集中
四川省と雲南省の水力発電量は、全国の水力発電量のほぼ半分を占めており、その結果、水力資源が豊富な地域が地元の水力発電量を吸収しきれず、エネルギーの無駄が生じるという問題が生じている。中国の主要河川流域における廃水と廃電力の3分の2は四川省から発生しており、その量は202億kWhに達する。また、四川省の廃電力の半分以上は、大渡河の本流から発生している。
世界的に見ても、中国の水力発電は過去10年間で急速に発展しました。中国は世界の水力発電の成長をほぼ牽引してきました。世界の水力発電消費量の増加分の約80%は中国によるものであり、中国の水力発電消費量は世界の水力発電消費量の30%以上を占めています。
しかし、中国の総一次エネルギー消費量に占めるこのような巨大な水力発電の割合は、世界平均をわずかに上回る程度で、2019年時点で8%未満にとどまっている。カナダやノルウェーといった先進国と比較するまでもなく、発展途上国であるブラジルと比べると、水力発電の割合ははるかに低い。中国は6億8000万キロワットの水力資源を有し、世界第1位である。2020年までに、水力発電の設備容量は3億7000万キロワットに達する見込みである。この観点から見ると、中国の水力発電産業にはまだ大きな発展の余地がある。
04 中国における水力発電の将来的な発展動向
水力発電は今後数年間で成長を加速させ、総発電量に占める割合も増加し続けるだろう。
一方、第14次五カ年計画期間中、中国では三峡ダム群の武東徳水力発電所と白鶴灘水力発電所、亜龍江中流水力発電所を含め、5000万キロワットを超える水力発電設備が稼働可能となる。さらに、ヤルンツァンポ川下流の水力発電開発プロジェクトも第14次五カ年計画に盛り込まれており、技術的に利用可能な資源量は7000万キロワットで、これは三峡ダム群の水力発電所3基分以上に相当し、水力発電が再び大きな発展を遂げることを意味する。
一方、火力発電規模の縮小は明らかに予測可能なことだ。環境保護、エネルギー安全保障、技術開発のいずれの観点から見ても、火力発電は電力分野における重要性を低下させ続けるだろう。
今後数年間、水力発電の発展速度は新エネルギーのそれとは比較にならない。総発電量に占める割合でも、新エネルギーの後発組に後れを取る可能性がある。時間が経てば、新エネルギーに追い抜かれる可能性もあると言えるだろう。
ゼネラル・エレクトリック電力計画研究所計画部長の劉世宇氏は、第14次五カ年計画期間中に、中国の新エネルギー設備容量が8億キロワットを超え、全体の29％を占めるようになるだろうと予測している。また、年間発電量は1兆5000億キロワット時に達し、水力発電を上回るだろうとしている。
投稿日時：2022年1月14日
