หลักการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำและการวิเคราะห์สถานการณ์ปัจจุบันของการพัฒนาไฟฟ้าพลังน้ำในประเทศจีน

จีนเริ่มก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำชิหลงปามาเป็นเวลา 111 ปีแล้ว นับตั้งแต่ที่จีนเริ่มก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำแห่งแรกในปี 1910 ในช่วงเวลากว่า 100 ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมน้ำและไฟฟ้าของจีนประสบความสำเร็จอย่างโดดเด่น โดยโรงไฟฟ้าพลังน้ำชิหลงปามีกำลังการผลิตติดตั้งเพียง 480 กิโลวัตต์ แต่ปัจจุบันมีกำลังการผลิต 370 ล้านกิโลวัตต์ ซึ่งถือเป็นอันดับหนึ่งของโลก เราอยู่ในอุตสาหกรรมถ่านหิน และเราคงได้ยินข่าวเกี่ยวกับโรงไฟฟ้าพลังน้ำมาบ้าง แต่เราไม่ค่อยมีความรู้เกี่ยวกับอุตสาหกรรมโรงไฟฟ้าพลังน้ำมากนัก

วันนี้เรามาทำความเข้าใจพลังงานน้ำโดยย่อจากหลักการและลักษณะของพลังงานน้ำ และสถานการณ์ปัจจุบันและแนวโน้มการพัฒนาพลังงานน้ำในประเทศจีนกัน

01 หลักการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำ

ในความเป็นจริง พลังงานน้ำคือกระบวนการแปลงพลังงานศักย์ของน้ำเป็นพลังงานกล จากนั้นเปลี่ยนจากพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้ว พลังงานน้ำคือการใช้น้ำในแม่น้ำที่ไหลเพื่อหมุนมอเตอร์เพื่อผลิตไฟฟ้า และพลังงานที่มีอยู่ในแม่น้ำหรือส่วนหนึ่งของแอ่งน้ำจะขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำและปริมาณที่ตกลงมา

ปริมาณน้ำในแม่น้ำไม่มีนิติบุคคลใดควบคุมได้ และน้ำที่ลดลงก็ไม่มีปัญหา ดังนั้น เมื่อสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ อาจเลือกสร้างเขื่อนและเปลี่ยนทางน้ำเพื่อรวมน้ำที่ลดลง เพื่อปรับปรุงอัตราการใช้ทรัพยากรน้ำ

การสร้างเขื่อน คือ การสร้างเขื่อนในพื้นที่ลาดชันสูง สร้างอ่างเก็บน้ำเพื่อเก็บกักน้ำและยกระดับน้ำ เช่น โรงไฟฟ้าพลังน้ำสามผา ส่วนการเบี่ยงน้ำ หมายถึง การเบี่ยงน้ำจากอ่างเก็บน้ำต้นน้ำไปยังปลายน้ำผ่านช่องเบี่ยงน้ำ เช่น โรงไฟฟ้าพลังน้ำจินผิง II

02 ลักษณะเฉพาะของพลังงานน้ำ

ข้อดีของพลังงานน้ำ ได้แก่ การปกป้องสิ่งแวดล้อมและการฟื้นฟู ประสิทธิภาพและความยืดหยุ่นสูง ต้นทุนการบำรุงรักษาต่ำ และอื่นๆ

การปกป้องสิ่งแวดล้อมและพลังงานหมุนเวียนควรเป็นข้อได้เปรียบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของพลังงานน้ำ พลังงานน้ำใช้พลังงานจากน้ำเท่านั้น ไม่ใช้น้ำ และไม่ก่อให้เกิดมลพิษ

ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันน้ำซึ่งเป็นอุปกรณ์หลักในการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำนั้นไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพแต่ยังมีความยืดหยุ่นในการสตาร์ทและใช้งานอีกด้วย โดยสามารถสตาร์ทการทำงานจากสถานะคงที่ได้อย่างรวดเร็วภายในเวลาไม่กี่นาที และทำการเพิ่มและลดภาระงานให้เสร็จสิ้นภายในเวลาไม่กี่วินาที พลังงานน้ำสามารถใช้ในการดำเนินงานต่างๆ เช่น การลดค่าพีค การปรับความถี่ การสแตนด์บายโหลด และการสแตนด์บายเมื่อเกิดเหตุฉุกเฉินของระบบไฟฟ้า

การผลิตพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง ไม่ต้องใช้กำลังคนและสิ่งอำนวยความสะดวกจำนวนมากในการขุดและขนส่งเชื้อเพลิง มีอุปกรณ์ง่ายๆ ผู้ปฏิบัติงานไม่กี่คน พลังงานเสริมน้อย อุปกรณ์มีอายุการใช้งานยาวนาน และมีต้นทุนการดำเนินการและบำรุงรักษาต่ำ ดังนั้นต้นทุนการผลิตพลังงานของโรงไฟฟ้าพลังน้ำจึงต่ำ เพียง 1/5-1/8 ของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน และอัตราการใช้พลังงานของโรงไฟฟ้าพลังน้ำก็สูงถึงมากกว่า 85% ในขณะที่ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของโรงไฟฟ้าถ่านหินอยู่ที่ประมาณ 40% เท่านั้น

ข้อเสียของพลังงานน้ำ ได้แก่ อิทธิพลจากสภาพภูมิอากาศเป็นหลัก มีข้อจำกัดด้านภูมิศาสตร์ การลงทุนจำนวนมากในช่วงเริ่มต้น และความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมทางระบบนิเวศ

พลังงานน้ำได้รับผลกระทบอย่างมากจากปริมาณน้ำฝน ไม่ว่าจะเป็นในฤดูแล้งหรือฤดูฝนเป็นปัจจัยอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการจัดหาถ่านหินสำหรับโรงไฟฟ้าพลังความร้อน การผลิตพลังงานน้ำมีเสถียรภาพตามปีและจังหวัด แต่ขึ้นอยู่กับ "วัน" เมื่อมีการระบุรายละเอียดเป็นเดือน ไตรมาส และภูมิภาค ไม่สามารถให้พลังงานที่มีเสถียรภาพและเชื่อถือได้เหมือนพลังงานความร้อน

ระหว่างภาคใต้และภาคเหนือนั้นมีความแตกต่างกันอย่างมากในฤดูฝนและฤดูแล้ง อย่างไรก็ตาม จากสถิติการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำในแต่ละเดือนตั้งแต่ปี 2013 ถึง 2021 โดยรวมแล้ว ฤดูฝนของจีนอยู่ในช่วงระหว่างเดือนมิถุนายนถึงตุลาคม และฤดูแล้งอยู่ในช่วงระหว่างเดือนธันวาคมถึงกุมภาพันธ์ ความแตกต่างในการผลิตไฟฟ้าระหว่างทั้งสองประเทศนั้นอาจเพิ่มขึ้นมากกว่าสองเท่า ในขณะเดียวกัน เรายังเห็นได้อีกด้วยว่าภายใต้พื้นหลังของกำลังการผลิตไฟฟ้าที่ติดตั้งที่เพิ่มขึ้น การผลิตไฟฟ้าตั้งแต่เดือนมกราคมถึงมีนาคมของปีนี้ต่ำกว่าในปีก่อนๆ อย่างเห็นได้ชัด และการผลิตไฟฟ้าในเดือนมีนาคมยังเทียบเท่ากับในปี 2015 อีกด้วย ซึ่งเพียงพอที่จะทำให้เราเห็นถึง "ความไม่แน่นอน" ของพลังงานน้ำ

การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำในแต่ละเดือน ตั้งแต่ปี 2556 ถึง 2564 (100 ล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง)

ถูกจำกัดด้วยเงื่อนไขเชิงวัตถุ ไม่สามารถสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำได้ในบริเวณที่มีน้ำ ธรณีวิทยา การตกตะกอน ความเร็วการไหล การย้ายถิ่นฐานของผู้อยู่อาศัย และแม้แต่การแบ่งเขตการปกครอง ล้วนจำกัดการสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ ตัวอย่างเช่น โครงการอนุรักษ์น้ำหุบเขาเฮยซานที่กล่าวถึงในการประชุมสภาประชาชนแห่งชาติในปี 2500 ไม่ได้รับการอนุมัติเนื่องจากมีการประสานงานผลประโยชน์ระหว่างกานซู่และหนิงเซียไม่ดี จนกระทั่งถึงปีนี้ ปรากฏอีกครั้งในข้อเสนอของทั้งสองสมัยว่าจะเริ่มก่อสร้างได้เมื่อใดนั้นยังไม่ทราบแน่ชัด

การลงทุนที่จำเป็นสำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำนั้นสูงมาก งานดินและคอนกรีตสำหรับก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำนั้นสูงมาก และต้องจ่ายเงินจำนวนมากในการย้ายถิ่นฐาน นอกจากนี้ การลงทุนในระยะเริ่มต้นไม่เพียงแต่สะท้อนให้เห็นในเงินทุนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเวลาด้วย เนื่องจากมีความจำเป็นต้องย้ายถิ่นฐานและประสานงานกับแผนกต่างๆ วงจรการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำหลายแห่งจึงล่าช้ากว่าที่วางแผนไว้มาก

หากพิจารณาโครงการโรงไฟฟ้าพลังน้ำ Baihetan ที่อยู่ระหว่างการก่อสร้างเป็นตัวอย่าง โครงการนี้เริ่มต้นขึ้นในปี 1958 และรวมอยู่ใน "แผนพัฒนา 5 ปีฉบับที่ 3" ในปี 1965 อย่างไรก็ตาม หลังจากผ่านการเปลี่ยนแปลงหลายครั้ง โครงการนี้จึงเริ่มดำเนินการอย่างเป็นทางการในเดือนสิงหาคม 2011 จนถึงขณะนี้ โรงไฟฟ้าพลังน้ำ Baihetan ยังไม่เสร็จสมบูรณ์ หากไม่นับการวางแผนออกแบบเบื้องต้น วงจรการก่อสร้างจริงจะใช้เวลาอย่างน้อย 10 ปี

อ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ก่อให้เกิดน้ำท่วมขนาดใหญ่ในบริเวณต้นน้ำของเขื่อน ซึ่งบางครั้งอาจสร้างความเสียหายต่อพื้นที่ลุ่ม แม่น้ำ หุบเขา ป่าไม้ และทุ่งหญ้า ในเวลาเดียวกัน ยังส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศทางน้ำรอบ ๆ โรงงานอีกด้วย ส่งผลกระทบต่อปลา นกน้ำ และสัตว์อื่น ๆ อย่างมาก

03 สถานการณ์ปัจจุบันของการพัฒนาพลังงานน้ำในประเทศจีน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำยังคงเติบโต แต่ในช่วง 5 ปีที่ผ่านมา อัตราการเติบโตยังต่ำ

ในปี 2020 กำลังการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำจะอยู่ที่ 1,355,210 ล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง เพิ่มขึ้น 3.9% จากปีก่อน อย่างไรก็ตาม ในช่วงแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 13 พลังงานลมและออปโตอิเล็กทรอนิกส์พัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 13 โดยเกินเป้าหมายการวางแผน ขณะที่พลังงานน้ำทำได้เพียงครึ่งเดียวของเป้าหมายการวางแผนเท่านั้น ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา สัดส่วนของพลังงานน้ำในการผลิตไฟฟ้าทั้งหมดค่อนข้างคงที่ โดยรักษาระดับไว้ที่ 14% – 19%

จากอัตราการเติบโตของการผลิตไฟฟ้าของประเทศจีน จะเห็นได้ว่าอัตราการเติบโตของพลังงานน้ำชะลอตัวลงในช่วง 5 ปีที่ผ่านมา โดยพื้นฐานแล้วจะคงอยู่ที่ประมาณ 5%

ฉันคิดว่าสาเหตุของการชะลอตัวนั้น ประการหนึ่งคือ การที่โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กต้องปิดตัวลง ซึ่งระบุไว้ชัดเจนในแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 13 เพื่อปกป้องและซ่อมแซมสิ่งแวดล้อมทางนิเวศวิทยา มีโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก 4,705 แห่งที่ต้องได้รับการแก้ไขและรื้อถอนในมณฑลเสฉวนเพียงแห่งเดียว

ในทางกลับกัน จีนยังขาดแคลนแหล่งพลังงานน้ำขนาดใหญ่ในการพัฒนาพลังงานน้ำ จีนได้สร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำหลายแห่ง เช่น สามหุบเขา เกอโจวปา อู่ตงเต๋อ เซียงเจียปา และไป๋เหอถาน แหล่งพลังงานน้ำขนาดใหญ่สำหรับการสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำใหม่นั้นอาจเป็นเพียง "โค้งแม่น้ำหยาหลุงจางป๋อ" เท่านั้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากภูมิภาคนี้เกี่ยวข้องกับโครงสร้างทางธรณีวิทยา การควบคุมสิ่งแวดล้อมของเขตอนุรักษ์ธรรมชาติ และความสัมพันธ์กับประเทศโดยรอบ จึงเป็นเรื่องยากที่จะแก้ไขได้มาก่อน

ในขณะเดียวกัน จากอัตราการเติบโตของการผลิตไฟฟ้าในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา จะเห็นได้ว่าอัตราการเติบโตของพลังงานความร้อนนั้นสอดคล้องกับอัตราการเติบโตของการผลิตไฟฟ้าทั้งหมด ในขณะที่อัตราการเติบโตของพลังงานน้ำนั้นไม่เกี่ยวข้องกับอัตราการเติบโตของการผลิตไฟฟ้าทั้งหมด โดยแสดงให้เห็นถึงสถานะที่ “เพิ่มขึ้นทุกๆ สองปี” แม้ว่าจะมีเหตุผลหลายประการที่ทำให้มีสัดส่วนพลังงานความร้อนสูง แต่ก็สะท้อนถึงความไม่มั่นคงของพลังงานน้ำในระดับหนึ่งด้วยเช่นกัน

การเติบโตของการผลิตไฟฟ้า

เมื่อพิจารณาจากสัดส่วนการผลิตไฟฟ้าจะเห็นได้ว่าแม้ว่าอุตสาหกรรมพลังงานน้ำจะพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา และการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำในปี 2563 สูงกว่าปี 2544 ถึง 5 เท่า แต่สัดส่วนในการผลิตไฟฟ้าทั้งหมดไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ

ในกระบวนการลดสัดส่วนของพลังงานความร้อน พลังงานน้ำไม่ได้มีบทบาทมากนัก แม้ว่ามันจะพัฒนาอย่างรวดเร็ว แต่ก็สามารถรักษาสัดส่วนของมันในการผลิตพลังงานทั้งหมดได้ภายใต้พื้นหลังของการเพิ่มขึ้นอย่างมากของการผลิตพลังงานในประเทศ การลดลงของสัดส่วนของพลังงานความร้อนส่วนใหญ่เกิดจากแหล่งพลังงานสะอาดอื่นๆ เช่น พลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ ก๊าซธรรมชาติ พลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น

ความเข้มข้นของแหล่งพลังงานน้ำที่มากเกินไป

การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำของมณฑลเสฉวนและยูนนานคิดเป็นเกือบครึ่งหนึ่งของการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำของประเทศ และปัญหาที่เกิดขึ้นก็คือ พื้นที่ที่มีทรัพยากรพลังงานน้ำอุดมสมบูรณ์อาจไม่สามารถดูดซับการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำในพื้นที่ได้ ส่งผลให้เกิดการสิ้นเปลืองพลังงาน น้ำเสียและไฟฟ้าในลุ่มน้ำหลักในจีนสองในสามมาจากมณฑลเสฉวน คิดเป็น 20,200 ล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง และไฟฟ้าเสียมากกว่าครึ่งหนึ่งในมณฑลเสฉวนมาจากแม่น้ำต้าตู่สายหลัก

พลังงานน้ำของจีนได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วทั่วโลกในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา จีนมีส่วนผลักดันการเติบโตของพลังงานน้ำทั่วโลกเกือบ 80% ของการเติบโตของการใช้พลังงานน้ำทั่วโลกมาจากจีน และการใช้พลังงานน้ำของจีนคิดเป็นมากกว่า 30% ของการใช้พลังงานน้ำทั่วโลก

อย่างไรก็ตาม สัดส่วนของการใช้พลังงานน้ำมหาศาลดังกล่าวในการบริโภคพลังงานหลักทั้งหมดของจีนนั้นสูงกว่าค่าเฉลี่ยของโลกเพียงเล็กน้อย ซึ่งอยู่ที่น้อยกว่า 8% ในปี 2019 แม้ว่าจะไม่ได้เปรียบเทียบกับประเทศพัฒนาแล้ว เช่น แคนาดาและนอร์เวย์ แต่สัดส่วนของการใช้พลังงานน้ำนั้นต่ำกว่าบราซิลซึ่งเป็นประเทศกำลังพัฒนาอย่างมาก จีนมีแหล่งพลังงานน้ำ 680 ล้านกิโลวัตต์ ซึ่งอยู่ในอันดับ 1 ของโลก ภายในปี 2020 กำลังการผลิตติดตั้งของพลังงานน้ำจะอยู่ที่ 370 ล้านกิโลวัตต์ จากมุมมองนี้ อุตสาหกรรมพลังงานน้ำของจีนยังคงมีช่องว่างสำหรับการพัฒนาอีกมาก

04 แนวโน้มการพัฒนาพลังงานน้ำในอนาคตของประเทศจีน

พลังงานน้ำจะเติบโตเร่งขึ้นในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าและจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในสัดส่วนการผลิตพลังงานทั้งหมด

ประการหนึ่ง ในช่วงแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 14 โรงไฟฟ้าพลังน้ำสามารถผลิตไฟฟ้าพลังน้ำได้มากกว่า 50 ล้านกิโลวัตต์ในประเทศจีน ซึ่งรวมถึงโรงไฟฟ้าพลังน้ำ Wudongde และ Baihetan ของกลุ่ม Three Gorges และโรงไฟฟ้าพลังน้ำ Yalong River ในพื้นที่ตอนกลาง นอกจากนี้ โครงการพัฒนาโรงไฟฟ้าพลังน้ำในพื้นที่ตอนล่างของแม่น้ำ Yarlung Zangbo ยังรวมอยู่ในแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 14 ด้วยทรัพยากรที่สามารถใช้ประโยชน์ทางเทคนิคได้ 70 ล้านกิโลวัตต์ ซึ่งเทียบเท่ากับโรงไฟฟ้าพลังน้ำ Three Gorges มากกว่า 3 แห่ง นั่นหมายความว่าโรงไฟฟ้าพลังน้ำจะนำไปสู่การพัฒนาครั้งยิ่งใหญ่ครั้งใหม่

ในทางกลับกัน การลดขนาดของพลังงานความร้อนนั้นเป็นสิ่งที่คาดเดาได้อย่างชัดเจน ไม่ว่าจะเป็นจากมุมมองของการปกป้องสิ่งแวดล้อม ความมั่นคงด้านพลังงาน และการพัฒนาด้านเทคโนโลยี พลังงานความร้อนจะยังคงลดความสำคัญลงอย่างต่อเนื่องในสาขาพลังงาน

ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้านี้ ความเร็วในการพัฒนาพลังงานน้ำยังคงไม่สามารถเทียบได้กับพลังงานใหม่ แม้จะอยู่ในสัดส่วนของการผลิตพลังงานทั้งหมด แต่ก็อาจได้รับการจัดอันดับโดยผู้มาทีหลังในด้านพลังงานใหม่ หากเวลาผ่านไปนานขึ้น อาจกล่าวได้ว่าจะถูกแซงหน้าโดยพลังงานใหม่

นายหลิว ซื่อหยู ผู้อำนวยการฝ่ายวางแผนสถาบันวางแผนพลังงานไฟฟ้าเจเนอรัลอิเล็กทริก คาดการณ์ว่าในช่วงแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 14 กำลังการผลิตติดตั้งของพลังงานใหม่ในประเทศจีนจะสูงเกิน 800 ล้านกิโลวัตต์ คิดเป็น 29% และการผลิตพลังงานประจำปีจะสูงถึง 1.5 ล้านล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง ซึ่งแซงหน้าพลังงานน้ำ