Minęło 111 lat, odkąd Chiny rozpoczęły budowę elektrowni wodnej Shilongba, pierwszej elektrowni wodnej w 1910 roku. W ciągu tych ponad 100 lat, od mocy zainstalowanej elektrowni wodnej Shilongba wynoszącej zaledwie 480 kW do 370 milionów kW, która obecnie plasuje się na pierwszym miejscu na świecie, chiński przemysł wodno-energetyczny poczynił znaczące postępy. Działamy w przemyśle węglowym i słyszymy o energetyce wodnej mniej lub bardziej szczegółowo, ale niewiele wiemy o tym sektorze.
01 zasada wytwarzania energii z hydroenergii
Energia wodna to proces przekształcania energii potencjalnej wody w energię mechaniczną, a następnie z energii mechanicznej w energię elektryczną. Ogólnie rzecz biorąc, polega ona na wykorzystaniu płynącej wody rzecznej do napędzania silnika w celu wytwarzania energii, a energia zawarta w rzece lub jej dorzeczu zależy od objętości i spadku wody.
Objętość wody w rzece nie jest kontrolowana przez żadną osobę prawną, a spadek jest dopuszczalny. Dlatego budując elektrownię wodną, można zdecydować się na budowę tamy i przekierowanie wody, aby skoncentrować spadek, co pozwoli na lepsze wykorzystanie zasobów wodnych.
Spiętrzanie polega na budowie zapory na odcinku rzeki o dużym spadku, utworzeniu zbiornika do gromadzenia wody i podniesieniu jej poziomu, jak w przypadku elektrowni wodnej Three Gorges; Przekierowanie odnosi się do przekierowania wody ze zbiornika górnego do dolnego przez kanał przekierowujący, jak w przypadku elektrowni wodnej Jinping II.
02 cechy hydroenergii
Do zalet energii wodnej zalicza się przede wszystkim ochronę i regenerację środowiska, wysoką wydajność i elastyczność, niskie koszty utrzymania itp.
Ochrona środowiska i odnawialność powinny być największą zaletą energetyki wodnej. Energia wodna wykorzystuje jedynie energię wodną, nie zużywa wody i nie powoduje zanieczyszczeń.
Zespół turbiny wodnej, główny element energetyczny elektrowni wodnych, jest nie tylko wydajny, ale także elastyczny w rozruchu i eksploatacji. Może szybko rozpocząć pracę ze stanu statycznego w ciągu kilku minut i zakończyć proces zwiększania i zmniejszania obciążenia w ciągu kilku sekund. Energia wodna może być wykorzystywana do redukcji szczytowego zapotrzebowania na moc, modulacji częstotliwości, utrzymywania obciążenia w stanie gotowości i w razie awarii systemu elektroenergetycznego.
Wytwarzanie energii wodnej nie zużywa paliwa, nie wymaga dużej siły roboczej ani inwestycji w infrastrukturę wydobywczą i transportową, charakteryzuje się prostym sprzętem, niewielką liczbą operatorów, mniejszym zapotrzebowaniem na energię pomocniczą, długą żywotnością urządzeń oraz niskimi kosztami eksploatacji i konserwacji. W związku z tym koszty produkcji energii elektrycznej w elektrowni wodnej są niskie i wynoszą zaledwie 1/5-1/8 kosztów elektrowni cieplnych, a wskaźnik wykorzystania energii w elektrowniach wodnych jest wysoki, sięgający ponad 85%, podczas gdy sprawność cieplna elektrowni cieplnych zasilanych węglem wynosi zaledwie około 40%.
Do wad energetyki wodnej zalicza się przede wszystkim dużą wrażliwość na zmiany klimatu, ograniczenia geograficzne, duże nakłady inwestycyjne na wczesnym etapie i szkody wyrządzane środowisku ekologicznemu.
Energia wodna jest silnie uzależniona od opadów. To, czy występuje w porze suchej, czy deszczowej, jest ważnym czynnikiem odniesienia dla zakupu węgla przez elektrownie cieplne. Produkcja energii wodnej jest stabilna w zależności od roku i prowincji, ale zależy od „dnia”, w którym jest ona rozłożona na miesiące, kwartały i regiony. Energia wodna nie może zapewnić stabilnej i niezawodnej energii tak jak energia cieplna.
Istnieją duże różnice między południem a północą w porze deszczowej i suchej. Jednak według statystyk produkcji energii wodnej w każdym miesiącu od 2013 do 2021 roku, ogólnie rzecz biorąc, pora deszczowa w Chinach trwa od czerwca do października, a pora sucha od grudnia do lutego. Różnica między nimi może być ponad dwukrotnie większa. Jednocześnie, biorąc pod uwagę rosnącą moc zainstalowaną, produkcja energii elektrycznej od stycznia do marca tego roku jest znacznie niższa niż w latach poprzednich, a w marcu jest nawet równa tej z 2015 roku. To wystarczy, aby dostrzec „niestabilność” energetyki wodnej.
Ograniczone przez obiektywne warunki. Elektrownie wodne nie mogą być budowane tam, gdzie jest woda. Budowa elektrowni wodnej jest ograniczona przez warunki geologiczne, spadek terenu, natężenie przepływu, relokację mieszkańców, a nawet podział administracyjny. Na przykład projekt ochrony wód w wąwozie Heishan, o którym mowa na Ogólnochińskim Zgromadzeniu Przedstawicieli Ludowych w 1956 roku, nie został zatwierdzony z powodu słabej koordynacji interesów między Gansu i Ningxia. Dopóki projekt ten nie pojawi się ponownie w propozycjach obu sesji w tym roku, wciąż nie wiadomo, kiedy budowa będzie mogła się rozpocząć.
Inwestycje wymagane w elektrowniach wodnych są ogromne. Prace ziemne i betonowe związane z budową elektrowni wodnych są ogromne, a koszty przesiedleń są ogromne. Co więcej, wczesna inwestycja przekłada się nie tylko na kapitał, ale także na czas. Ze względu na konieczność przesiedleń i koordynacji różnych działów, cykl budowy wielu elektrowni wodnych będzie znacznie opóźniony w stosunku do planowanego.
Biorąc za przykład budowaną elektrownię wodną Baihetan, projekt został zainicjowany w 1958 roku i włączony do „trzeciego planu pięcioletniego” w 1965 roku. Jednak po kilku perypetiach, oficjalnie rozpoczęto go dopiero w sierpniu 2011 roku. Do tej pory elektrownia wodna Baihetan nie została ukończona. Nie licząc wstępnego projektu i planowania, rzeczywisty cykl budowy zajmie co najmniej 10 lat.
Duże zbiorniki wodne powodują rozległe podtopienia w górnym biegu zapory, niszcząc niekiedy niziny, doliny rzeczne, lasy i łąki. Jednocześnie wpływa to również na ekosystem wodny wokół elektrowni. Ma to ogromny wpływ na ryby, ptactwo wodne i inne zwierzęta.
03 aktualna sytuacja rozwoju energetyki wodnej w Chinach
W ostatnich latach produkcja energii wodnej utrzymywała wzrost, jednak tempo wzrostu w ciągu ostatnich pięciu lat jest niskie
W 2020 roku moc wytwórcza hydroenergii wyniosła 1355,21 mld kWh, co oznacza wzrost rok do roku o 3,9%. Jednakże, w okresie objętym XIII Planem Pięcioletnim, energetyka wiatrowa i optoelektronika rozwijały się dynamicznie, przekraczając cele planistyczne, podczas gdy energetyka wodna zrealizowała jedynie około połowy tych celów. W ciągu ostatnich 20 lat udział energii wodnej w całkowitej produkcji energii elektrycznej był stosunkowo stabilny i utrzymywał się na poziomie 14%–19%.
Obserwując tempo wzrostu produkcji energii elektrycznej w Chinach, można zauważyć, że tempo wzrostu energetyki wodnej w ciągu ostatnich pięciu lat uległo spowolnieniu i utrzymywało się zasadniczo na poziomie około 5%.
Myślę, że przyczyną spowolnienia jest z jednej strony zamykanie małych elektrowni wodnych, o czym wyraźnie wspomniano w 13. pięcioletnim planie ochrony i naprawy środowiska naturalnego. W samej prowincji Syczuan jest 4705 małych elektrowni wodnych, które wymagają naprawy i zamknięcia;
Z drugiej strony, chińskie zasoby przeznaczone na rozwój energetyki wodnej są niewystarczające. Chiny zbudowały wiele elektrowni wodnych, takich jak Trzy Przełomy, Gezhouba, Wudongde, Xiangjiaba i Baihetan. Środki na odbudowę dużych elektrowni wodnych mogą być przeznaczone jedynie na „wielkie zakole” rzeki Yarlung Zangbo. Jednak ze względu na strukturę geologiczną regionu, kontrolę środowiska naturalnego w rezerwatach przyrody oraz relacje z krajami sąsiednimi, problem ten był wcześniej trudny do rozwiązania.
Jednocześnie, na podstawie tempa wzrostu wytwarzania energii elektrycznej w ostatnich 20 latach, można zauważyć, że tempo wzrostu energii cieplnej jest zasadniczo zsynchronizowane z tempem wzrostu całkowitej produkcji energii elektrycznej, podczas gdy tempo wzrostu energii wodnej nie ma związku ze wzrostem całkowitej produkcji energii elektrycznej, wykazując tendencję „wzrostową co dwa lata”. Chociaż istnieją powody wysokiego udziału energii cieplnej, odzwierciedla to również w pewnym stopniu niestabilność energetyki wodnej.
W procesie zmniejszania udziału energii cieplnej, energia wodna nie odegrała znaczącej roli. Chociaż rozwija się dynamicznie, może utrzymać swój udział w całkowitej produkcji energii jedynie w kontekście dużego wzrostu krajowej produkcji energii. Zmniejszenie udziału energii cieplnej wynika głównie z innych czystych źródeł energii, takich jak energia wiatrowa, fotowoltaika, gaz ziemny, energia jądrowa itd.
Nadmierna koncentracja zasobów hydroenergetycznych
Całkowita produkcja energii wodnej w prowincjach Syczuan i Junnan stanowi prawie połowę krajowej produkcji energii wodnej. W rezultacie problem polega na tym, że obszary bogate w zasoby energii wodnej mogą nie być w stanie wchłonąć lokalnej energii wodnej, co prowadzi do marnotrawstwa energii. Dwie trzecie ścieków i energii elektrycznej w głównych dorzeczach Chin pochodzi z prowincji Syczuan, sięgając 20,2 miliarda kWh, podczas gdy ponad połowa energii elektrycznej odpadowej w prowincji Syczuan pochodzi z głównego nurtu rzeki Dadu.
W ciągu ostatnich 10 lat chińska energetyka wodna dynamicznie rozwijała się na całym świecie. Chiny niemalże napędzały wzrost globalnej energetyki wodnej własną siłą. Prawie 80% wzrostu światowego zużycia energii wodnej pochodzi z Chin, a chińskie zużycie energii wodnej stanowi ponad 30% globalnego zużycia energii wodnej.
Jednak udział tak ogromnego zużycia energii wodnej w całkowitym zużyciu energii pierwotnej w Chinach jest tylko nieznacznie wyższy niż średnia światowa i wynosił mniej niż 8% w 2019 roku. Nawet jeśli nie w porównaniu z krajami rozwiniętymi, takimi jak Kanada i Norwegia, udział zużycia energii wodnej jest znacznie niższy niż w Brazylii, która również jest krajem rozwijającym się. Chiny dysponują 680 milionami kilowatów zasobów energii wodnej, co plasuje je na pierwszym miejscu na świecie. Do 2020 roku zainstalowana moc hydroenergetyczna wyniesie 370 milionów kilowatów. Z tej perspektywy chiński sektor energetyki wodnej wciąż ma ogromne możliwości rozwoju.
04 Przyszłe trendy rozwoju energetyki wodnej w Chinach
W ciągu najbliższych kilku lat nastąpi przyspieszenie wzrostu energetyki wodnej, a jej udział w całkowitej produkcji energii elektrycznej będzie nadal wzrastał.
Z jednej strony, w okresie 14. Planu Pięcioletniego, w Chinach może zostać uruchomionych ponad 50 milionów kilowatów energii wodnej, w tym w Wudongde, elektrowniach wodnych Baihetan z grupy Trzech Przełomów oraz elektrowni wodnej w środkowym biegu rzeki Yalong. Ponadto, projekt rozwoju energetyki wodnej w dolnym biegu rzeki Yarlung Zangbo został uwzględniony w 14. Planie Pięcioletnim, z 70 milionami kilowatów technicznie dostępnych zasobów, co odpowiada ponad trzem elektrowniom wodnym w Trzech Przełomach, co oznacza, że energetyka wodna ponownie rozpoczęła intensywny rozwój.
Z drugiej strony, redukcja skali mocy cieplnej jest oczywiście przewidywalna. Niezależnie od tego, czy z perspektywy ochrony środowiska, bezpieczeństwa energetycznego, czy rozwoju technologicznego, moc cieplna będzie nadal tracić na znaczeniu w sektorze energetycznym.
W najbliższych latach tempo rozwoju energetyki wodnej nadal nie będzie porównywalne z tempem rozwoju nowej energii. Nawet jeśli chodzi o udział w całkowitej produkcji energii elektrycznej, może zostać prześcignięte przez nowicjuszy. Jeśli ten okres się wydłuży, można powiedzieć, że zostanie prześcignięte przez nową energię.
Czas publikacji: 12 kwietnia 2022 r.
