Het is 111 jaar geleden dat China in 1910 begon met de bouw van de Shilongba-waterkrachtcentrale, de eerste waterkrachtcentrale ter wereld. In deze meer dan 100 jaar heeft de Chinese water- en elektriciteitssector opmerkelijke vooruitgang geboekt, van het geïnstalleerde vermogen van slechts 480 kW tot 370 miljoen kW, waarmee de Shilongba-waterkrachtcentrale wereldwijd de eerste plaats inneemt. Wij werken in de kolenindustrie en horen wel eens iets over waterkracht, maar we weten er weinig van.
Vandaag zullen we kort ingaan op waterkracht, aan de hand van de principes en kenmerken ervan, en de huidige situatie en ontwikkelingstrends van waterkracht in China.
01 Principe van energieopwekking door waterkracht
In feite is waterkracht het proces waarbij de potentiële energie van water wordt omgezet in mechanische energie, en vervolgens van mechanische energie in elektrische energie. Over het algemeen komt het erop neer dat het stromende rivierwater wordt gebruikt om een motor aan te drijven voor de opwekking van elektriciteit. De hoeveelheid energie die in een rivier of een deel van het stroomgebied is opgeslagen, hangt af van het watervolume en het hoogteverschil.
Het waterpeil van de rivier wordt door geen enkele rechtspersoon gecontroleerd en de daling is acceptabel. Daarom kan bij de bouw van waterkrachtcentrales gekozen worden voor de aanleg van dammen en wateromleidingen om de daling te concentreren en zo de benutting van de watervoorraden te verbeteren.
Het bouwen van een dam in een traject met een groot hoogteverschil, het aanleggen van een reservoir om water op te slaan en het waterpeil te verhogen, zoals bij de Drie Kloven-waterkrachtcentrale, is een vorm van afleiding.
02 kenmerken van waterkracht
De voordelen van waterkracht omvatten voornamelijk milieubescherming en -regeneratie, hoge efficiëntie en flexibiliteit, lage onderhoudskosten, enzovoort.
Milieubescherming en hernieuwbare energiebronnen zouden de grootste voordelen van waterkracht moeten zijn. Waterkracht maakt uitsluitend gebruik van de energie in het water, verbruikt geen water en veroorzaakt geen vervuiling.
De waterturbinegenerator, de belangrijkste energiebron voor waterkrachtcentrales, is niet alleen efficiënt, maar ook flexibel in gebruik. Hij kan vanuit stilstand binnen enkele minuten in bedrijf worden genomen en de belasting binnen enkele seconden verhogen of verlagen. Waterkracht kan worden ingezet voor taken zoals piekbelastingvermindering, frequentiemodulatie, noodstroomvoorziening en calamiteitenbeheer in het elektriciteitsnet.
Waterkrachtcentrales verbruiken geen brandstof, vereisen geen grote hoeveelheden mankracht en investeringen in de winning en het transport van brandstof, hebben eenvoudige apparatuur, weinig operators, weinig hulpenergie, een lange levensduur en lage operationele en onderhoudskosten. Daardoor zijn de productiekosten van een waterkrachtcentrale laag, slechts 1/5 tot 1/8 van die van een thermische centrale, en is het rendement van waterkrachtcentrales hoog, tot wel meer dan 85%. Het thermische rendement van kolencentrales ligt daarentegen slechts rond de 40%.
De nadelen van waterkrachtcentrales zijn met name de grote invloed van het klimaat, de beperkingen door geografische omstandigheden, de hoge investeringskosten in de beginfase en de schade aan het ecologische milieu.
Waterkrachtcentrales worden sterk beïnvloed door neerslag. Of het nu een droog of nat seizoen is, is een belangrijke factor voor de koleninkoop van thermische centrales. De opwekking van waterkracht is stabiel per jaar en provincie, maar is per maand, kwartaal en regio sterk afhankelijk van de specifieke dag. Waterkracht kan niet dezelfde stabiele en betrouwbare stroom leveren als thermische centrales.
Er bestaan grote verschillen tussen het zuiden en het noorden van China wat betreft het natte en droge seizoen. Volgens de statistieken van de waterkrachtproductie per maand van 2013 tot 2021 loopt het natte seizoen in China gemiddeld van juni tot oktober en het droge seizoen van december tot februari. Het verschil in energieproductie tussen de twee periodes kan dus meer dan het dubbele bedragen. Tegelijkertijd zien we ook dat, ondanks de toenemende geïnstalleerde capaciteit, de energieproductie van januari tot maart dit jaar aanzienlijk lager is dan in voorgaande jaren, en dat de productie in maart zelfs gelijk is aan die van 2015. Dit illustreert de "instabiliteit" van waterkracht.
Waterkrachtproductie per maand van 2013 tot en met 2021 (100 miljoen kWh)
Beperkt door objectieve omstandigheden. Waterkrachtcentrales kunnen niet gebouwd worden waar water is. Geologie, hoogteverschil, stroomsnelheid, verplaatsing van bewoners en zelfs administratieve indelingen beperken allemaal de bouw van een waterkrachtcentrale. Het waterbeheerproject in de Heishan-kloof, dat in 1956 op het Nationale Volkscongres werd besproken, is bijvoorbeeld niet doorgevoerd vanwege de slechte afstemming van belangen tussen Gansu en Ningxia. Pas dit jaar, toen het opnieuw werd voorgesteld tijdens de twee zittingsperioden, is het nog steeds onbekend wanneer de bouw kan beginnen.
De investering die nodig is voor waterkrachtcentrales is enorm. De grondwerken en betonconstructies voor de bouw van waterkrachtcentrales zijn gigantisch en er moeten hoge kosten voor herhuisvesting worden betaald. Bovendien vertaalt de vroege investering zich niet alleen in kapitaal, maar ook in tijd. Door de noodzaak tot herhuisvesting en de coördinatie tussen verschillende afdelingen loopt de bouwcyclus van veel waterkrachtcentrales aanzienlijk meer vertraging op dan gepland.
Neem bijvoorbeeld de in aanbouw zijnde waterkrachtcentrale van Baihetan. Het project werd in 1958 gestart en opgenomen in het "derde vijfjarenplan" van 1965. Na diverse omwegen werd de bouw echter pas officieel in augustus 2011 gestart. Tot op heden is de waterkrachtcentrale van Baihetan nog niet voltooid. Exclusief de voorbereidende ontwerpfase zal de daadwerkelijke bouw minstens tien jaar in beslag nemen.
Grote stuwmeren veroorzaken grootschalige overstromingen in het stroomgebied boven de dam, waardoor soms laaglanden, rivierdalen, bossen en graslanden beschadigd raken. Tegelijkertijd heeft dit ook gevolgen voor het aquatische ecosysteem rondom de installatie. Het heeft een grote impact op vissen, watervogels en andere dieren.
03 Huidige situatie van de ontwikkeling van waterkrachtcentrales in China
De afgelopen jaren is de opwekking van waterkrachtenergie weliswaar gegroeid, maar de groei in de afgelopen vijf jaar is laag.
In 2020 bedroeg de capaciteit voor waterkrachtopwekking 1355,21 miljard kWh, een stijging van 3,9% ten opzichte van het voorgaande jaar. Tijdens de periode van het 13e Vijfjarenplan ontwikkelden windenergie en opto-elektronica zich echter snel en overtroffen de planningsdoelstellingen, terwijl waterkracht slechts ongeveer de helft van de planningsdoelstellingen behaalde. De afgelopen 20 jaar is het aandeel van waterkracht in de totale elektriciteitsproductie relatief stabiel gebleven, tussen de 14% en 19%.
Uit de groeicijfers van de Chinese elektriciteitsproductie blijkt dat de groei van de waterkrachtproductie de afgelopen vijf jaar is afgenomen en zich in principe rond de 5% heeft gehandhaafd.
Ik denk dat de redenen voor de vertraging enerzijds liggen in de sluiting van kleine waterkrachtcentrales, wat duidelijk wordt genoemd in het 13e vijfjarenplan ter bescherming en herstel van het ecologische milieu. Alleen al in de provincie Sichuan moeten 4705 kleine waterkrachtcentrales worden gerenoveerd en buiten gebruik gesteld;
Aan de andere kant kampt China met een tekort aan grondstoffen voor de ontwikkeling van grootschalige waterkrachtcentrales. China heeft al veel waterkrachtcentrales gebouwd, zoals de Drie Kloven, Gezhouba, Wudongde, Xiangjiaba en Baihetan. De grondstoffen voor de wederopbouw van grote waterkrachtcentrales bevinden zich mogelijk alleen in de grote bocht van de Yarlung Zangbo-rivier. Vanwege de geologische structuur van het gebied, de milieubescherming van natuurreservaten en de relaties met omliggende landen, is het echter tot nu toe lastig gebleken om dit te realiseren.
Tegelijkertijd blijkt uit de groeicijfers van de elektriciteitsproductie in de afgelopen twintig jaar dat de groei van thermische energie in principe synchroon loopt met de groei van de totale elektriciteitsproductie, terwijl de groei van waterkracht niet samenhangt met de groei van de totale elektriciteitsproductie en een wisselend beeld vertoont. Hoewel er redenen zijn voor het hoge aandeel thermische energie, weerspiegelt dit tot op zekere hoogte ook de instabiliteit van waterkracht.
groei van de energieproductie
Wat betreft het aandeel in de elektriciteitsopwekking zien we ook dat, hoewel de waterkrachtindustrie zich de afgelopen 20 jaar snel heeft ontwikkeld en de waterkrachtproductie in 2020 vijf keer zo hoog was als in 2001, het aandeel in de totale elektriciteitsopwekking niet significant is veranderd.
In het proces van het afnemen van het aandeel thermische energie heeft waterkracht geen grote rol gespeeld. Hoewel de sector zich snel ontwikkelt, kan het aandeel in de totale energieproductie slechts behouden blijven tegen de achtergrond van de sterke toename van de nationale energieproductie. De afname van het aandeel thermische energie is voornamelijk te wijten aan andere schone energiebronnen, zoals windenergie, zonne-energie, aardgas, kernenergie, enzovoort.
Overmatige concentratie van waterkrachtbronnen
De totale waterkrachtproductie van de provincies Sichuan en Yunnan is goed voor bijna de helft van de nationale waterkrachtproductie. Het probleem is dat gebieden met rijke waterkrachtbronnen de lokale waterkrachtproductie mogelijk niet volledig kunnen benutten, wat leidt tot energieverspilling. Twee derde van het afvalwater en de elektriciteit in de grote rivierbekkens in China is afkomstig uit de provincie Sichuan, goed voor maar liefst 20,2 miljard kWh. Meer dan de helft van de verspilde elektriciteit in Sichuan komt van de hoofdstroom van de Dadu-rivier.
Wereldwijd heeft de Chinese waterkrachtsector zich de afgelopen 10 jaar razendsnel ontwikkeld. China is vrijwel de drijvende kracht achter de groei van de wereldwijde waterkrachtproductie. Bijna 80% van de groei in het wereldwijde waterkrachtverbruik is afkomstig uit China, en het Chinese waterkrachtverbruik is goed voor meer dan 30% van het wereldwijde waterkrachtverbruik.
Het aandeel van deze enorme waterkrachtconsumptie in het totale primaire energieverbruik van China ligt echter slechts iets hoger dan het wereldgemiddelde, minder dan 8% in 2019. Zelfs los van ontwikkelde landen zoals Canada en Noorwegen, is het aandeel waterkrachtconsumptie aanzienlijk lager dan dat van Brazilië, een ontwikkelingsland. China beschikt over 680 miljoen kilowatt aan waterkrachtbronnen en staat daarmee wereldwijd op de eerste plaats. In 2020 zal de geïnstalleerde capaciteit van waterkracht 370 miljoen kilowatt bedragen. Vanuit dit perspectief heeft de Chinese waterkrachtsector nog een enorme ontwikkelingsruimte.
4. Toekomstige ontwikkelingstrends van waterkracht in China
Waterkracht zal de komende jaren een versnelde groei doormaken en het aandeel ervan in de totale energieproductie zal blijven toenemen.
Enerzijds kan er tijdens de periode van het 14e Vijfjarenplan meer dan 50 miljoen kilowatt aan waterkracht in China in gebruik worden genomen, waaronder de waterkrachtcentrales Wudongde en Baihetan van de Drie Kloven-groep en de waterkrachtcentrale in het middengedeelte van de Yalong-rivier. Bovendien is het waterkrachtontwikkelingsproject in het benedenloop van de Yarlung Zangbo-rivier opgenomen in het 14e Vijfjarenplan, met 70 miljoen kilowatt aan technisch exploiteerbare reserves, wat overeenkomt met meer dan drie waterkrachtcentrales van de Drie Kloven. Dit betekent dat waterkracht opnieuw een grote ontwikkeling zal doormaken.
Aan de andere kant is de afname van de schaal van thermische energiecentrales duidelijk voorspelbaar. Of het nu gaat om milieubescherming, energiezekerheid of technologische ontwikkeling, thermische energie zal steeds minder belangrijk worden in de energiesector.
De komende jaren zal de ontwikkeling van waterkracht nog steeds niet te vergelijken zijn met die van nieuwe energiebronnen. Zelfs qua aandeel in de totale energieproductie zal waterkracht waarschijnlijk achterblijven bij nieuwe energiebronnen. Als deze ontwikkeling langer aanhoudt, is het te verwachten dat waterkracht door nieuwe energiebronnen zal worden ingehaald.
Liu Shiyu, directeur van de planningsafdeling van het General Electric Power Planning Institute, voorspelt dat de geïnstalleerde capaciteit van nieuwe energiebronnen in China tijdens de 14e vijfjarenplanperiode de 800 miljoen kW zal overschrijden, goed voor 29%. De jaarlijkse elektriciteitsproductie zal 1,5 biljoen kWh bereiken en daarmee de waterkrachtproductie overtreffen.
Geplaatst op: 14 januari 2022
