1. Waterenergiebronnen
De geschiedenis van de menselijke ontwikkeling en het gebruik van waterkrachtbronnen gaat terug tot de oudheid. Volgens de interpretatie van de Wet op Hernieuwbare Energie van de Volksrepubliek China (bewerkt door de Werkgroep Wetgeving van het Permanent Comité van het Nationale Volkscongres) is waterenergie als volgt gedefinieerd: de warmte van wind en zon veroorzaakt de verdamping van water, waterdamp vormt regen en sneeuw, de neerslag van regen en sneeuw vormt rivieren en beken, en de stroming van water produceert energie, die waterenergie wordt genoemd.
De kern van de hedendaagse ontwikkeling en benutting van waterkrachtbronnen is de ontwikkeling en het gebruik van waterkracht. Daarom worden termen als waterkrachtbronnen, hydraulische energiebronnen en hydro-elektrische energiebronnen vaak door elkaar gebruikt. In werkelijkheid omvat de term waterkrachtbronnen echter een breed scala aan energiebronnen, zoals hydrothermische energiebronnen, hydro-energiebronnen en zeewaterenergiebronnen.
(1) Water- en thermische energiebronnen
Water- en warmte-energiebronnen staan algemeen bekend als natuurlijke warmwaterbronnen. In de oudheid maakten mensen al direct gebruik van het water en de warmte van deze bronnen voor de bouw van baden, om te baden, ziekten te behandelen en te sporten. Ook in de moderne tijd gebruiken mensen water- en warmte-energiebronnen voor elektriciteitsopwekking en verwarming. IJsland bijvoorbeeld produceerde in 2003 7,08 miljard kilowattuur aan waterkracht, waarvan 1,41 miljard kilowattuur werd opgewekt met behulp van geothermische energie (oftewel water- en warmte-energie). 86% van de IJslandse bevolking gebruikt geothermische energie (water- en warmte-energie) voor verwarming. In Xizang is de Yangbajing-krachtcentrale gebouwd met een geïnstalleerd vermogen van 25.000 kilowatt, die eveneens gebruikmaakt van geothermische energie (water- en warmte-energie) voor de elektriciteitsopwekking. Volgens voorspellingen van experts kan de hoeveelheid lage-temperatuurenergie (met grondwater als medium) die jaarlijks in de bodem tot een diepte van bijna 100 meter in China kan worden gewonnen, oplopen tot 150 miljard kilowatt. Momenteel bedraagt de geïnstalleerde capaciteit voor geothermische energieopwekking in China 35.300 kilowatt.
(2) Hydraulische energiebronnen
Hydraulische energie omvat de kinetische en potentiële energie van water. In het oude China werd de hydraulische energie van kolkende rivieren, watervallen en watervalletjes op grote schaal gebruikt voor de constructie van machines zoals watermolens en irrigatiemachines voor irrigatie, graanverwerking en het pellen van rijst. In de jaren 1830 werden in Europa hydraulische centrales ontwikkeld en in gebruik genomen om grootschalige industrieën zoals meelfabrieken, katoenfabrieken en de mijnbouw van energie te voorzien. De moderne waterturbines die rechtstreeks centrifugaalpompen aandrijven om centrifugale kracht te genereren voor wateropvoer en irrigatie, evenals waterhamerpompen die de waterstroom gebruiken om waterhamerdruk te genereren en zo een hoge waterdruk te creëren voor wateropvoer en irrigatie, zijn allemaal directe ontwikkelingen en toepassingen van waterenergie.
(3) Hydro-elektrische energiebronnen
In de jaren 1880, toen elektriciteit werd ontdekt, werden elektromotoren vervaardigd op basis van de elektromagnetische theorie, en werden waterkrachtcentrales gebouwd om de hydraulische energie van waterkrachtcentrales om te zetten in elektrische energie en aan gebruikers te leveren. Dit luidde een periode in van krachtige ontwikkeling en benutting van waterkrachtbronnen.
De waterkrachtbronnen waar we het nu over hebben, worden meestal hydro-elektrische bronnen genoemd. Naast rivierwater bevat de oceaan ook enorme hoeveelheden getijden-, golf-, zout- en temperatuurenergie. Naar schatting bedraagt de wereldwijde oceanische waterkrachtreserve 76 miljard kilowatt, wat meer dan 15 keer de theoretische reserves van rivierwaterkracht op het land is. Hiervan is 3 miljard kilowatt afkomstig van getijdenenergie, 3 miljard kilowatt van golfenergie, 40 miljard kilowatt van temperatuurverschillen en 30 miljard kilowatt van zoutverschillen. Momenteel heeft alleen de technologie voor de ontwikkeling en benutting van getijdenenergie een praktisch stadium bereikt waarin grootschalige menselijke benutting van mariene waterkrachtbronnen mogelijk is. De ontwikkeling en benutting van andere energiebronnen vereist nog verder onderzoek om baanbrekende resultaten te behalen op het gebied van technische en economische haalbaarheid en om praktische ontwikkeling en benutting te realiseren. De ontwikkeling en benutting van oceanische energie waar we het hier meestal over hebben, betreft voornamelijk de ontwikkeling en benutting van getijdenenergie. De aantrekkingskracht van de maan en de zon op het zeeoppervlak van de aarde veroorzaakt periodieke schommelingen in het waterpeil, bekend als getijden. Deze schommelingen in het zeewater vormen getijdenenergie. In principe is getijdenenergie mechanische energie die wordt opgewekt door de schommelingen in het getijdenpeil.
Getijdenmolens verschenen in de 11e eeuw en in het begin van de 20e eeuw begonnen Duitsland en Frankrijk met de bouw van kleine getijdenenergiecentrales.
Naar schatting bedraagt de wereldwijd winbare getijdenenergie tussen de 1 en 1,1 miljard kilowatt, met een jaarlijkse energieproductie van ongeveer 1240 miljard kilowattuur. De winbare getijdenenergiebronnen van China hebben een geïnstalleerd vermogen van 21,58 miljoen kilowatt en een jaarlijkse energieproductie van 30 miljard kilowattuur.
De grootste getijdenenergiecentrale ter wereld is momenteel de getijdenenergiecentrale van Rennes in Frankrijk, met een geïnstalleerd vermogen van 240.000 kilowatt. De eerste getijdenenergiecentrale in China, de Jizhou-getijdenenergiecentrale in Guangdong, werd gebouwd in 1958 met een geïnstalleerd vermogen van 40 kilowatt. De Zhejiang Jiangxia-getijdenenergiecentrale, gebouwd in 1985, heeft een totaal geïnstalleerd vermogen van 3200 kilowatt en staat daarmee op de derde plaats wereldwijd.
Daarnaast beschikken de oceanen rond China over reserves aan golfenergie van ongeveer 12,85 miljoen kilowatt, getijdenenergie van ongeveer 13,94 miljoen kilowatt, energie uit zoutverschillen van ongeveer 125 miljoen kilowatt en energie uit temperatuurverschillen van ongeveer 1,321 miljard kilowatt. Samengevat bedraagt de totale oceanische energie in China ongeveer 1,5 miljard kilowatt, wat meer dan twee keer zoveel is als de theoretische reserve van 694 miljoen kilowatt aan waterkrachtcentrales op het land, en brede perspectieven biedt voor ontwikkeling en benutting. Landen over de hele wereld investeren momenteel fors in onderzoek naar technologische benaderingen om de enorme energiebronnen die in de oceanen verborgen liggen te ontwikkelen en te benutten.
2. Hydro-elektrische energiebronnen
Hydro-elektrische energiebronnen verwijzen over het algemeen naar het gebruik van de potentiële en kinetische energie van rivierwater om arbeid te verrichten en de rotatie van waterkrachtcentrales aan te drijven om elektriciteit op te wekken. De opwekking van elektriciteit met steenkool, olie, aardgas en kernenergie vereist de consumptie van niet-hernieuwbare brandstoffen, terwijl waterkracht geen water verbruikt, maar de energie van rivierwater benut.
(1) Mondiale waterkrachtenergiebronnen
De totale reserves aan waterkrachtbronnen in rivieren wereldwijd bedragen 5,05 miljard kilowatt, met een jaarlijkse energieproductie van maximaal 44,28 biljoen kilowattuur; de technisch exploiteerbare waterkrachtbronnen bedragen 2,26 miljard kilowatt, en de jaarlijkse energieproductie kan oplopen tot 9,8 biljoen kilowattuur.
In 1878 bouwde Frankrijk 's werelds eerste waterkrachtcentrale met een geïnstalleerd vermogen van 25 kilowatt. Inmiddels bedraagt het wereldwijde geïnstalleerde vermogen van waterkrachtcentrales meer dan 760 miljoen kilowatt, met een jaarlijkse energieproductie van 3 biljoen kilowattuur.
(2) De waterkrachtbronnen van China
China is een van de landen met de rijkste waterkrachtbronnen ter wereld. Volgens de meest recente cijfers over waterkrachtreserves bedragen de theoretische reserves aan rivierenergie in China 694 miljoen kilowatt, met een jaarlijkse theoretische energieproductie van 6,08 biljoen kilowattuur. Daarmee staat China wereldwijd op de eerste plaats wat betreft theoretische waterkrachtreserves. De technisch exploiteerbare capaciteit van de Chinese waterkrachtbronnen bedraagt 542 miljoen kilowatt, met een jaarlijkse energieproductie van 2,47 biljoen kilowattuur, en de economisch exploiteerbare capaciteit bedraagt 402 miljoen kilowatt, met een jaarlijkse energieproductie van 1,75 biljoen kilowattuur. Ook hiermee staat China wereldwijd op de eerste plaats.
In juli 1905 werd de eerste waterkrachtcentrale van China, de Guishan-waterkrachtcentrale in de provincie Taiwan, gebouwd met een geïnstalleerd vermogen van 500 kVA. In 1912 werd de eerste waterkrachtcentrale op het Chinese vasteland, de Shilongba-waterkrachtcentrale in Kunming, provincie Yunnan, voltooid en in gebruik genomen voor de opwekking van elektriciteit, met een geïnstalleerd vermogen van 480 kilowatt. In 1949 bedroeg het geïnstalleerde vermogen van waterkracht in het land 163.000 kilowatt; eind 1999 was dit gegroeid tot 72,97 miljoen kilowatt, na de Verenigde Staten de tweede grootste ter wereld; in 2005 had het totale geïnstalleerde vermogen van waterkracht in China 115 miljoen kilowatt bereikt, waarmee het wereldwijd de eerste plaats bekleedde en 14,4% van de exploiteerbare waterkrachtcapaciteit en 20% van het totale geïnstalleerde vermogen van de nationale energiesector vertegenwoordigde.
(3) Kenmerken van waterkrachtenergie
Hydro-elektrische energie wordt door de natuurlijke watercyclus steeds opnieuw opgewekt en kan continu door de mens worden gebruikt. Men gebruikt vaak de term 'onuitputtelijk' om de hernieuwbaarheid van hydro-elektrische energie te beschrijven.
Hydro-elektrische energie verbruikt geen brandstof en stoot geen schadelijke stoffen uit tijdens de productie en werking. De beheer- en exploitatiekosten, de kosten voor energieopwekking en de milieubelasting zijn veel lager dan die van thermische energieopwekking, waardoor het een goedkope, groene energiebron is.
Waterkracht heeft goede regelprestaties, een snelle opstarttijd en speelt een belangrijke rol bij het afvlakken van piekbelastingen in het elektriciteitsnet. Het is snel en effectief, vermindert stroomverliezen in nood- en ongevalsituaties en waarborgt de veiligheid van de stroomvoorziening.
Hydro-elektrische energie en delfstoffenenergie behoren tot de op grondstoffen gebaseerde primaire energiebronnen, die worden omgezet in elektrische energie en secundaire energie worden genoemd. De ontwikkeling van hydro-elektrische energie is een energiebron die tegelijkertijd de primaire en secundaire energieproductie mogelijk maakt, met een dubbele functie: het genereren van primaire en secundaire energie. Hierdoor is er geen aparte winning, transport en opslag van delfstoffen nodig, wat de brandstofkosten aanzienlijk verlaagt.
De aanleg van stuwmeren voor waterkrachtcentrales zal het ecologische milieu van lokale gebieden veranderen. Enerzijds vereist het de onderdompeling van land, wat leidt tot de verplaatsing van migranten; anderzijds kan het het microklimaat van de regio herstellen, een nieuw aquatisch ecosysteem creëren, de overleving van organismen bevorderen en de ontwikkeling van waterbeheer, irrigatie, toerisme en scheepvaart vergemakkelijken. Daarom moet bij de planning van waterkrachtprojecten alomvattend rekening worden gehouden met het minimaliseren van de negatieve impact op het ecologische milieu, en wegen de voordelen van waterkrachtcentrales ruimschoots op tegen de nadelen.
Vanwege de voordelen van waterkrachtenergie voeren landen over de hele wereld nu beleid dat prioriteit geeft aan de ontwikkeling van waterkracht. In de jaren negentig was waterkracht goed voor 93,2% van de totale geïnstalleerde capaciteit van Brazilië, terwijl landen als Noorwegen, Zwitserland, Nieuw-Zeeland en Canada een aandeel van meer dan 50% in de waterkrachtproductie hadden.
In 1990 bedroeg het aandeel van de opwekking van waterkrachtenergie in de beschikbare elektriciteit in een aantal landen wereldwijd 74% in Frankrijk, 72% in Zwitserland, 66% in Japan, 61% in Paraguay, 55% in de Verenigde Staten, 54% in Egypte, 50% in Canada, 17,3% in Brazilië, 11% in India en 6,6% in China.
Geplaatst op: 24 september 2024
