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に着工してから111年が経ちました。この100年以上の間に、石龍壩水力発電所の設備容量はわずか480kWから、現在では世界一を誇る3億7000万kWにまで達し、中国の水力・電力産業は目覚ましい発展を遂げてきました。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は多少は耳にするでしょうが、水力発電産業についてはあまりよく知りません。
01 水力発電の発電原理
水力発電とは、実際には水の位置エネルギーを機械エネルギーに変換し、さらに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。一般的には、川の水流を利用してモーターを回し、発電を行うもので、川やその流域に含まれるエネルギーは水量と水位に依存します。
河川の水量は法人による管理がなく、落差も許容範囲です。そのため、水力発電所を建設する際には、ダムを建設して水路を迂回させ、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ます。
ダム建設とは、三峡水力発電所のように、河川の落差が大きい部分にダムを建設し、貯水池を設けて水を貯めて水位を上げることです。一方、分水とは、金平二水力発電所のように、分水路を通じて上流の貯水池から下流へ水を流すことです。
水力発電の2つの特徴
水力発電の利点としては、主に環境保護と再生、高効率と柔軟性、低いメンテナンスコストなどが挙げられます。
環境保護と再生可能性は、水力発電の最大の利点と言えるでしょう。水力発電は水のエネルギーのみを利用し、水を消費せず、汚染を引き起こしません。
水力発電の主力電源である水車発電機は、効率が高いだけでなく、起動・運転の柔軟性にも優れています。静止状態から数分で運転を開始し、負荷の増減も数秒で完了します。水力発電は、電力系統のピークカット、周波数変調、負荷待機、事故待機などの用途に活用できます。
水力発電は燃料を消費せず、燃料の採掘や輸送に多くの人員や設備を投入する必要がなく、設備がシンプルで、オペレーターも少なく、補助動力も少なく、設備の耐用年数が長く、運転・保守コストも低い。そのため、水力発電所の発電コストは火力発電所の1/5～1/8と低く、エネルギー利用率は85%以上と高い。一方、石炭火力発電所の熱効率は40%程度にとどまる。
水力発電のデメリットとしては、主に気候の影響を大きく受けること、地理的条件による制限があること、初期投資が大きいこと、生態環境へのダメージがあることなどが挙げられます。
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、火力発電所の発電用石炭調達における重要な基準となります。水力発電は年や省によって発電量が安定していますが、月、四半期、地域にまで細かく分けると「日」によって発電量が左右されます。火力発電のように安定して信頼性の高い電力を供給することはできません。
南北では雨期と乾期に大きな差がある。しかし、2013年から2021年までの各月の水力発電量統計によると、中国では雨期は概ね6月から10月頃、乾期は12月から2月頃で、両者の差は2倍以上になることもある。同時に、設備容量の増加を背景に、今年の1月から3月の発電量は例年に比べて大幅に減少し、3月の発電量は2015年の発電量とほぼ同等であることも分かる。これは水力発電の「不安定さ」を如実に示している。
客観的な条件による制約。水力発電所は水のある場所に建設できるわけではない。水力発電所の建設は、地質、落差、流量、住民移転、さらには行政区分によっても制約を受ける。例えば、1956年の全国人民代表大会で提案された黒山峡水利計画は、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、未だ可決されていない。今年の両会期の提案に再び盛り込まれるまで、建設開始時期は未だ不明である。
水力発電には多額の投資が必要です。水力発電所建設のための土石工事やコンクリート工事は膨大で、移転費用も莫大です。さらに、初期投資は資金だけでなく時間にも影響します。移転や各部署との調整が必要となるため、多くの水力発電所の建設サイクルは計画よりも大幅に遅れることになります。
建設中の白河潭水力発電所を例に挙げると、このプロジェクトは1958年に着工され、1965年には「第三次五ヵ年計画」に組み入れられました。しかし、紆余曲折を経て、正式に着工されたのは2011年8月でした。現在に至るまで、白河潭水力発電所は未完成です。予備設計・計画段階を除くと、実際の建設サイクルには少なくとも10年かかります。
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、河川の谷、森林、草原に被害を与えることがあります。同時に、発電所周辺の水生生態系にも影響を与え、魚類、水鳥、その他の動物に甚大な影響を及ぼします。
03 中国における水力発電開発の現状
近年、水力発電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1兆552億1000万kWhで、前年比3.9%増加しました。しかし、第13次5カ年計画期間中、風力発電と光電子工学は急速に発展し、計画目標を上回りました。一方、水力発電は計画目標の約半分しか達成できませんでした。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%で推移しています。
中国の発電量の伸びを見ると、水力発電の伸び率はここ5年間鈍化し、基本的に5%程度で推移していることがわかる。
減速の原因は、一つには小水力発電の停止にあると考えています。これは、生態環境の保護と修復を目的として、第13次五カ年計画に明確に記載されています。四川省だけでも、修復・撤去が必要な小水力発電所が4,705カ所あります。
一方、中国の大規模水力発電開発資源は不足している。中国は三峡ダム、葛州堡、武東徳、湘家堡、白河潭など、数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必要な資源は、ヤルツァンポ河の「大湾曲部」のみである可能性がある。しかし、この地域は地質構造、自然保護区の環境管理、周辺諸国との関係など、様々な問題を抱えており、これまで解決が困難であった。
同時に、ここ20年間の発電量の伸び率を見ると、火力発電の伸び率は総発電量の伸び率とほぼ同期しているのに対し、水力発電の伸び率は総発電量の伸び率とは無関係で、「隔年で上昇」する状況を示していることが分かります。火力発電の割合が高いこと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ます。
火力発電の比率低下の過程において、水力発電は大きな役割を果たしていない。急速に発展しているにもかかわらず、国内の発電量が大幅に増加したため、総発電量に占める割合を維持できているに過ぎない。火力発電の比率低下は、主に風力、太陽光発電、天然ガス、原子力といった他のクリーンエネルギー源の台頭によるものである。
水力資源の過度な集中
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います。その結果、水力資源が豊富な地域が地域の水力発電を吸収しきれず、エネルギーの無駄が生じているという問題があります。中国の主要河川流域における廃水と廃電力の3分の2は四川省に由来し、その量は202億kWhに達します。また、四川省における廃電力の半分以上は、大渡河本流に由来しています。
世界的に見ると、中国の水力発電は過去10年間で急速に発展しており、中国は自国の力で世界の水力発電の成長をほぼ牽引しています。世界の水力発電消費量の伸びの約80%は中国によるもので、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、このような膨大な水力発電の中国の一次エネルギー総消費量に占める割合は、世界平均をわずかに上回る程度で、2019年には8%未満にとどまっています。カナダやノルウェーといった先進国と比べるまでもなく、水力発電の消費量は同じく発展途上国のブラジルよりもはるかに低い水準です。中国の水力発電資源は6億8000万キロワットで、世界第1位です。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す。こうした観点から見ると、中国の水力発電産業には依然として大きな発展の余地が残されています。
04 中国における水力発電の今後の発展動向
水力発電は今後数年間で成長を加速し、総発電量に占める割合は増加し続けるでしょう。
一方、第14次五カ年計画期間中、中国では五東徳、白鶴潭水力発電所、三峡ダム群、亜龍江中流域水力発電所など、5,000万キロワット以上の水力発電が稼働する予定です。さらに、ヤルツァンポ河下流域の水力発電開発プロジェクトも第14次五カ年計画に組み入れられており、技術的に利用可能な資源量は7,000万キロワットに達し、これは三峡ダム3基分以上に相当します。これは、水力発電が再び大きな発展を迎えたことを意味します。
一方、火力発電規模の縮小は当然予測可能であり、環境保護、エネルギー安全保障、技術開発の観点から見ても、火力発電は電力分野における重要性を低下し続けるだろう。
今後数年間、水力発電の発展速度は依然として新エネルギーのそれに追いつくことはできません。総発電量に占める割合においても、後発の新エネルギーに追い抜かれる可能性があります。さらに時間が長引けば、新エネルギーに追い抜かれる可能性もあるでしょう。
投稿日時: 2022年4月12日
