Прошло 111 лет с тех пор, как Китай начал строительство гидроэлектростанции Шилунба, первой гидроэлектростанции, построенной в 1910 году. За эти более чем 100 лет китайская гидроэнергетическая отрасль добилась замечательных успехов: от установленной мощности гидроэлектростанции Шилунба в 480 кВт до 370 миллионов кВт, что ставит её на первое место в мире. Мы работаем в угольной промышленности и часто слышим новости о гидроэнергетике, но о гидроэнергетической отрасли мы знаем мало.
Сегодня давайте кратко разберемся в гидроэнергетике, рассмотрев принципы и характеристики этого вида энергетики, а также текущее состояние и тенденции развития гидроэнергетики в Китае.
01 Принцип выработки электроэнергии гидроэнергетикой
Фактически, гидроэнергетика — это процесс преобразования потенциальной энергии воды в механическую энергию, а затем из механической энергии в электрическую. В общем, это использование текущей речной воды для вращения двигателя с целью выработки электроэнергии, а энергия, содержащаяся в реке или участке её бассейна, зависит от объёма и перепада высот воды.
Объем воды в реке не контролируется никаким юридическим лицом, и перепад высот допустим. Поэтому при строительстве гидроэлектростанций можно выбирать методы строительства плотин и отвода воды для концентрации перепада высот, что позволит повысить коэффициент использования водных ресурсов.
Строительство плотины — это возведение дамбы на участке реки с большим перепадом высот, создание водохранилища для хранения воды и повышение уровня воды, например, гидроэлектростанция «Три ущелья»; отвод воды — это переброс воды из верхнего водохранилища в нижнее по отводному каналу, например, гидроэлектростанция «Цзиньпин II».
02 характеристики гидроэнергетики
К основным преимуществам гидроэнергетики относятся защита и восстановление окружающей среды, высокая эффективность и гибкость, низкие затраты на техническое обслуживание и т.д.
Главным преимуществом гидроэнергетики должна стать защита окружающей среды и возобновляемость ресурсов. Гидроэнергетика использует только энергию воды, не потребляет воду и не вызывает загрязнения.
Турбогенераторная установка, являющаяся основным силовым оборудованием гидроэнергетики, не только эффективна, но и отличается гибкостью в запуске и эксплуатации. Она может быстро запуститься из статического состояния за несколько минут и выполнить задачи по увеличению и уменьшению нагрузки за несколько секунд. Гидроэнергетика может использоваться для решения задач сглаживания пиковых нагрузок, частотной модуляции, резервирования нагрузки и аварийного резервирования энергосистемы.
Гидроэнергетика не потребляет топливо, не требует большого количества рабочей силы и инвестиций в оборудование для добычи и транспортировки топлива, имеет простое оборудование, небольшое количество операторов, меньшие затраты на вспомогательные ресурсы, длительный срок службы оборудования и низкие эксплуатационные расходы. Поэтому себестоимость производства электроэнергии на гидроэлектростанциях низкая, всего 1/5-1/8 от себестоимости тепловой электростанции, а коэффициент использования энергии на гидроэлектростанциях высок, достигая более 85%. Тепловой КПД угольных электростанций составляет всего около 40%.
К недостаткам гидроэнергетики относятся, главным образом, сильное влияние климата, ограничения, связанные с географическими условиями, большие инвестиции на начальном этапе и ущерб экологической среде.
Гидроэнергетика в значительной степени зависит от количества осадков. Наличие или отсутствие осадков является важным фактором при закупке угля для тепловых электростанций. Выработка гидроэлектроэнергии стабильна в зависимости от года и провинции, но зависит от конкретного дня, если рассматривать её в деталях по месяцам, кварталам и регионам. Она не может обеспечить такую же стабильную и надежную выработку электроэнергии, как тепловые электростанции.
Между югом и севером Китая существуют значительные различия в сезонах дождей и засухи. Однако, согласно статистике выработки гидроэлектроэнергии за каждый месяц с 2013 по 2021 год, в целом сезон дождей в Китае приходится примерно на июнь-октябрь, а засушливый сезон — на декабрь-февраль. Разница в выработке электроэнергии между этими двумя периодами может быть более чем вдвое больше. В то же время, мы видим, что на фоне увеличения установленной мощности выработка электроэнергии с января по март этого года значительно ниже, чем в предыдущие годы, а выработка электроэнергии в марте даже эквивалентна уровню 2015 года. Этого достаточно, чтобы показать «нестабильность» гидроэнергетики.
Ежемесячная выработка гидроэлектроэнергии с 2013 по 2021 год (100 миллионов кВтч)
Ограничения обусловлены объективными условиями. Гидроэлектростанции нельзя строить там, где есть вода. Геологические особенности, перепад высот, скорость течения, переселение жителей и даже административное деление — все это ограничивает строительство гидроэлектростанции. Например, проект гидротехнического сооружения в ущелье Хэйшань, упомянутый на Всекитайском собрании народных представителей в 1956 году, не был принят из-за плохой координации интересов между провинциями Ганьсу и Нинся. До этого года он снова появился в предложениях обеих сессий, но когда можно будет начать строительство, до сих пор неизвестно.
Для строительства гидроэлектростанций требуются значительные инвестиции. Земляные, каменно-бетонные работы и строительство гидроэлектростанций требуют огромных затрат, а также необходимо покрыть огромные расходы на переселение жителей; более того, первоначальные инвестиции отражаются не только на капитале, но и на времени. Из-за необходимости переселения и координации действий различных ведомств цикл строительства многих гидроэлектростанций будет значительно отставать от запланированного.
Взять, к примеру, строящуюся гидроэлектростанцию Байхэтань. Проект был начат в 1958 году и включен в «третий пятилетний план» в 1965 году. Однако после ряда перипетий его официальное начало состоялось только в августе 2011 года. До настоящего времени гидроэлектростанция Байхэтань не завершена. Без учета предварительного проектирования, фактический цикл строительства займет не менее 10 лет.
Крупные водохранилища вызывают масштабные затопления в верхних течениях плотины, иногда нанося ущерб низинам, речным долинам, лесам и лугам. Одновременно это также влияет на водную экосистему вокруг электростанции. Это оказывает значительное воздействие на рыбу, водоплавающих птиц и других животных.
03 Текущая ситуация с развитием гидроэнергетики в Китае
В последние годы производство гидроэлектроэнергии демонстрирует устойчивый рост, однако темпы роста за последние пять лет остаются низкими.
В 2020 году мощность гидроэнергетики составит 1355,21 млрд кВт·ч, что на 3,9% больше, чем годом ранее. Однако в период 13-й пятилетки ветроэнергетика и оптоэлектроника развивались быстрыми темпами, превзойдя плановые показатели, в то время как гидроэнергетика выполнила лишь около половины этих задач. За последние 20 лет доля гидроэнергетики в общем объеме производства электроэнергии оставалась относительно стабильной, поддерживаясь на уровне 14–19%.
Анализируя темпы роста производства электроэнергии в Китае, можно заметить, что темпы роста гидроэнергетики замедлились за последние пять лет и в основном остаются на уровне около 5%.
Я думаю, что причинами замедления являются, с одной стороны, закрытие малых гидроэлектростанций, что четко указано в 13-м пятилетнем плане по защите и восстановлению экологической обстановки. Только в провинции Сычуань насчитывается 4705 малых гидроэлектростанций, которые необходимо отремонтировать и вывести из эксплуатации;
С другой стороны, Китай испытывает нехватку ресурсов для развития крупных гидроэнергетических проектов. Китай построил множество гидроэлектростанций, таких как «Три ущелья», «Гэчжоуба», «Удундэ», «Сянцзяба» и «Байхэтань». Ресурсы для реконструкции крупных гидроэлектростанций могут ограничиваться лишь «большим изгибом» реки Ярлунг-Цзанбо. Однако, учитывая геологическую структуру региона, необходимость контроля за состоянием окружающей среды в заповедниках и отношения с соседними странами, решение этой проблемы ранее было затруднительным.
В то же время, из темпов роста выработки электроэнергии за последние 20 лет видно, что темпы роста тепловой энергетики в основном синхронизированы с темпами роста общей выработки электроэнергии, в то время как темпы роста гидроэнергетики не связаны с темпами роста общей выработки электроэнергии, демонстрируя ситуацию «роста каждые два года». Хотя существуют причины высокой доли тепловой энергетики, это также в определенной степени отражает нестабильность гидроэнергетики.
рост производства электроэнергии
Что касается доли в общем объеме производства электроэнергии, мы также видим, что, несмотря на стремительное развитие гидроэнергетики за последние 20 лет (объем производства гидроэлектроэнергии в 2020 году в пять раз превышает показатель 2001 года), ее доля в общем объеме производства электроэнергии существенно не изменилась.
В процессе сокращения доли тепловой энергетики гидроэнергетика не играет значительной роли. Несмотря на быстрое развитие, она может поддерживать свою долю в общем объеме производства электроэнергии только на фоне значительного роста национального производства электроэнергии. Сокращение доли тепловой энергетики в основном обусловлено развитием других чистых источников энергии, таких как ветровая энергия, фотоэлектрическая энергия, природный газ, атомная энергия и т. д.
Чрезмерная концентрация гидроэнергетических ресурсов
На долю гидроэнергетики провинций Сычуань и Юньнань приходится почти половина всей выработки гидроэнергии в стране, и в результате возникает проблема: районы, богатые гидроэнергетическими ресурсами, могут быть не в состоянии поглотить местную гидроэнергию, что приводит к её растрате. Две трети сточных вод и электроэнергии в крупных речных бассейнах Китая поступают из провинции Сычуань, что составляет до 20,2 млрд кВт·ч, и более половины электроэнергии, вырабатываемой в провинции Сычуань, поступает из основного русла реки Даду.
В мире за последние 10 лет гидроэнергетика Китая развивалась стремительными темпами. Китай практически полностью обеспечил рост мирового гидроэнергетического сектора. Почти 80% роста мирового потребления гидроэнергии приходится на Китай, и на долю Китая приходится более 30% мирового потребления гидроэнергии.
Однако доля такого огромного потребления гидроэнергии в общем объеме первичного потребления энергии в Китае лишь немного выше среднемирового показателя, составляя менее 8% в 2019 году. Даже если не сравнивать с развитыми странами, такими как Канада и Норвегия, доля потребления гидроэнергии значительно ниже, чем в Бразилии, развивающейся стране. Китай располагает гидроэнергетическими ресурсами в объеме 680 миллионов киловатт, занимая первое место в мире. К 2020 году установленная мощность гидроэнергетики достигнет 370 миллионов киловатт. С этой точки зрения, у китайской гидроэнергетической отрасли еще есть огромный потенциал для развития.
04. Тенденции будущего развития гидроэнергетики в Китае
В ближайшие несколько лет темпы роста гидроэнергетики ускорятся, и ее доля в общем объеме производства электроэнергии продолжит увеличиваться.
С одной стороны, в период 14-й пятилетки в Китае может быть введено в эксплуатацию более 50 миллионов киловатт гидроэнергии, включая гидроэлектростанции Удундэ и Байхэтань группы «Три ущелья», а также гидроэлектростанцию в среднем течении реки Ялун. Более того, в 14-ю пятилетку включен проект развития гидроэнергетики в нижнем течении реки Ярлун-Цзанбо, с технически извлекаемыми ресурсами в 70 миллионов киловатт, что эквивалентно более чем трем гидроэлектростанциям группы «Три ущелья». Это означает, что гидроэнергетика вновь переживет бурный рост;
С другой стороны, сокращение масштабов тепловой энергетики вполне предсказуемо. С точки зрения охраны окружающей среды, энергетической безопасности и технологического развития, тепловая энергетика продолжит снижать свою роль в энергетической сфере.
В ближайшие несколько лет темпы развития гидроэнергетики по-прежнему не могут сравниться с темпами развития возобновляемых источников энергии. Даже по доле в общем объеме производства электроэнергии она может уступать отстающим в развитии возобновляемых источников энергии. Если этот период затянется, можно сказать, что ее обгонят возобновляемые источники энергии.
Лю Шиюй, директор отдела планирования Института планирования электроэнергетики General Electric, прогнозирует, что в период 14-й пятилетки установленная мощность новых источников энергии в Китае превысит 800 миллионов кВт, что составит 29%; годовая выработка электроэнергии достигнет 1,5 триллиона кВт·ч, превзойдя показатели гидроэнергетики.
Дата публикации: 14 января 2022 г.
