Прошло 111 лет с тех пор, как Китай начал строительство гидроэлектростанции Шилунба, первой гидроэлектростанции, построенной в 1910 году. За эти более чем 100 лет, от установленной мощности гидроэлектростанции Шилунба всего в 480 кВт до 370 миллионов кВт, занимающей сейчас первое место в мире, китайская гидроэнергетическая отрасль добилась замечательных успехов. Мы работаем в угольной промышленности, и мы в той или иной степени слышим новости о гидроэнергетике, но о гидроэнергетической отрасли мы знаем гораздо меньше.
01 Принцип выработки электроэнергии гидроэнергетикой
Гидроэнергетика — это, по сути, 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 гидроэлектростанции можно выбрать строительство плотины и отвод 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 течение через отводной канал, 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 при запуске и эксплуатации. Она может быстро начать работу из статического состояния за несколько минут и выполнить задачу увеличения и уменьшения 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 больших трудовых ресурсов и инвестиций в добычу и транспортировку топлива, имеет простое оборудование, требует небольшого количества операторов, потребляет меньше вспомогательных ресурсов, имеет длительный срок службы оборудования и низкие эксплуатационные расходы. Поэтому себестоимость производства электроэнергии на гидроэлектростанциях низкая и составляет всего 1/5-1/8 от себестоимости тепловой электростанции, а коэффициент использования энергии на гидроэлектростанциях высок и достигает более 85%, в то время как КПД тепловых электростанций, работающих на угле, составляет всего около 40%.
К недостаткам гидроэнергетики относятся, главным образом, сильная зависимость от климата, ограничения, связанные с географическими условиями, большие инвестиции на начальном этапе и ущерб для экологической среды.
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 продолжительности влажного и сухого сезонов. Однако, согласно статистике выработки гидроэлектроэнергии за каждый месяц с 2013 по 2021 год, в целом в Китае влажный сезон приходится примерно на июнь-октябрь, а сухой — на декабрь-февраль. Разница между ними может быть более чем вдвое больше. В то же время, мы видим, что на фоне увеличения установленных мощностей 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.
Ограничения обусловлены объективными условиями. Гидроэлектростанции нельзя строить там, где есть вода. Строительство гидроэлектростанции ограничено геологическими условиями, перепадом высот, расходом воды, переселением жителей и даже административным делением. 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 тех пор, пока он не будет вновь представлен на рассмотрение двух сессий в этом году, неизвестно, когда может начаться строительство.
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.
Взяв в качестве примера строящуюся гидроэлектростанцию Байхэтань, следует отметить, что 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 и планирования 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 составила 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, ресурсов Китая для развития крупных гидроэнергетических проектов недостаточно. Китай построил множество гидроэлектростанций, таких как «Три ущелья», «Гэчжоуба», «Удундэ», «Сянцзяба» и «Байхэтань». Ресурсов для реконструкции крупных гидроэлектростанций может хватить лишь на «большой изгиб» реки Ярлунг-Цзанбо. Однако, поскольку регион имеет геологическую структуру, требует контроля за состоянием окружающей среды в заповедниках и имеет сложные взаимоотношения с соседними странами, решить эту проблему ранее было непросто.
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.
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, при этом 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 мировой гидроэнергетики благодаря своим собственным усилиям. 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, которая также является развивающейся страной. 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 был включен проект развития гидроэнергетики в нижнем течении реки Ярлунг-Цзанбо, обладающий технически извлекаемыми ресурсами в объеме 70 миллионов киловатт, что эквивалентно более чем трем гидроэлектростанциям группы «Три ущелья», а это означает, что гидроэнергетика вновь переживает 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 ее могут обогнать отстающие в этом направлении. Если этот период затянется, можно сказать, что ее обгонят и возобновляемые источники энергии.
Дата публикации: 12 апреля 2022 г.
