หลักการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำและการวิเคราะห์สถานการณ์ปัจจุบันของการพัฒนาพลังน้ำในประเทศจีน

นับเป็นเวลา 111 ปีแล้วนับตั้งแต่จีนเริ่มก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำชิหลงปา ซึ่งเป็นโรงไฟฟ้าพลังน้ำแห่งแรกในปี 1910 ในช่วงเวลากว่า 100 ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมน้ำและไฟฟ้าของจีนได้สร้างความสำเร็จอย่างน่าทึ่ง จากกำลังการผลิตติดตั้งของโรงไฟฟ้าพลังน้ำชิหลงปาเพียง 480 กิโลวัตต์ เพิ่มขึ้นเป็น 370 ล้านกิโลวัตต์ ซึ่งครองอันดับหนึ่งของโลก เราอยู่ในอุตสาหกรรมถ่านหิน และเราได้ยินข่าวเกี่ยวกับพลังน้ำบ้าง แต่เราไม่ค่อยรู้จักอุตสาหกรรมพลังน้ำมากนัก

วันนี้เราจะมาทำความเข้าใจเกี่ยวกับพลังงานน้ำโดยสังเขป ตั้งแต่หลักการและลักษณะเฉพาะของพลังงานน้ำ ตลอดจนสถานการณ์ปัจจุบันและแนวโน้มการพัฒนาพลังงานน้ำในประเทศจีน

01 หลักการผลิตพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ

อันที่จริง พลังงานน้ำคือกระบวนการแปลงพลังงานศักยภาพของน้ำให้เป็นพลังงานกล และจากพลังงานกลนั้นให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้ว คือการใช้พลังงานจากน้ำที่ไหลในแม่น้ำเพื่อหมุนมอเตอร์ในการผลิตไฟฟ้า และพลังงานที่มีอยู่ในแม่น้ำหรือส่วนใดส่วนหนึ่งของลุ่มน้ำนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำและระดับความสูงของน้ำ

ปริมาณน้ำในแม่น้ำไม่ได้ถูกควบคุมโดยนิติบุคคลใด และระดับน้ำลดลงอยู่ในระดับที่เหมาะสม ดังนั้น เมื่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำ จึงสามารถเลือกวิธีการสร้างเขื่อนและผันน้ำเพื่อรวมศูนย์การลดระดับน้ำ เพื่อเพิ่มอัตราการใช้ทรัพยากรน้ำให้ดียิ่งขึ้น

การสร้างเขื่อน หมายถึง การสร้างเขื่อนในบริเวณที่มีความแตกต่างของระดับความสูงมาก เพื่อสร้างอ่างเก็บน้ำและกักเก็บน้ำให้สูงขึ้น เช่น โรงไฟฟ้าพลังน้ำสามหุบเขา ส่วนการผันน้ำ หมายถึง การผันน้ำจากอ่างเก็บน้ำต้นน้ำไปยังปลายน้ำผ่านทางคลองผันน้ำ เช่น โรงไฟฟ้าพลังน้ำจินผิงที่ 2

02 ลักษณะเฉพาะของพลังงานน้ำ

ข้อดีของพลังงานน้ำส่วนใหญ่ได้แก่ การรักษาสิ่งแวดล้อมและการฟื้นฟูทรัพยากร ประสิทธิภาพสูงและความยืดหยุ่น ต้นทุนการบำรุงรักษาต่ำ และอื่นๆ

การรักษาสิ่งแวดล้อมและพลังงานหมุนเวียนน่าจะเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของพลังงานน้ำ พลังงานน้ำใช้พลังงานจากน้ำเท่านั้น ไม่ใช้น้ำ และไม่ก่อให้เกิดมลพิษ

ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำ ซึ่งเป็นอุปกรณ์กำลังหลักของการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ ไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพสูง แต่ยังมีความยืดหยุ่นในการเริ่มต้นและใช้งาน สามารถเริ่มต้นการทำงานจากสภาวะหยุดนิ่งได้อย่างรวดเร็วภายในไม่กี่นาที และดำเนินการเพิ่มและลดภาระโหลดได้ภายในไม่กี่วินาที พลังงานน้ำสามารถนำมาใช้ในการลดภาระสูงสุด การปรับความถี่ การสำรองโหลด และการสำรองฉุกเฉินของระบบไฟฟ้าได้

การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำไม่ใช้เชื้อเพลิง ไม่จำเป็นต้องใช้แรงงานและสิ่งอำนวยความสะดวกจำนวนมากในการลงทุนด้านการขุดและขนส่งเชื้อเพลิง มีอุปกรณ์ที่เรียบง่าย ผู้ปฏิบัติงานน้อย พลังงานเสริมไม่มาก อายุการใช้งานของอุปกรณ์ยาวนาน และต้นทุนการดำเนินงานและการบำรุงรักษาต่ำ ดังนั้นต้นทุนการผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังน้ำจึงต่ำ เพียง 1/5-1/8 ของโรงไฟฟ้าพลังความร้อน และอัตราการใช้พลังงานของโรงไฟฟ้าพลังน้ำสูงถึงกว่า 85% ในขณะที่ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของโรงไฟฟ้าถ่านหินอยู่ที่ประมาณ 40% เท่านั้น

ข้อเสียของพลังงานน้ำส่วนใหญ่ได้แก่ การได้รับอิทธิพลจากสภาพภูมิอากาศอย่างมาก ข้อจำกัดด้านสภาพทางภูมิศาสตร์ การลงทุนจำนวนมากในระยะเริ่มต้น และความเสียหายต่อระบบนิเวศ

พลังงานน้ำได้รับผลกระทบอย่างมากจากปริมาณน้ำฝน ไม่ว่าจะเป็นฤดูแล้งหรือฤดูฝนถือเป็นปัจจัยสำคัญในการจัดหาถ่านหินสำหรับโรงไฟฟ้าพลังความร้อน การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำมีความเสถียรตามปีและจังหวัด แต่จะขึ้นอยู่กับ "วัน" เมื่อพิจารณาในรายละเอียดระดับเดือน ไตรมาส และภูมิภาค จึงไม่สามารถให้พลังงานที่เสถียรและเชื่อถือได้เหมือนพลังงานความร้อน

มีความแตกต่างอย่างมากระหว่างภาคใต้และภาคเหนือในฤดูฝนและฤดูแล้ง อย่างไรก็ตาม จากสถิติการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำในแต่ละเดือนตั้งแต่ปี 2013 ถึง 2021 โดยรวมแล้ว ฤดูฝนของจีนอยู่ในช่วงประมาณเดือนมิถุนายนถึงตุลาคม และฤดูแล้งอยู่ในช่วงประมาณเดือนธันวาคมถึงกุมภาพันธ์ ความแตกต่างของการผลิตไฟฟ้าในสองฤดูนี้อาจมากกว่าสองเท่า ในขณะเดียวกัน เรายังสามารถเห็นได้ว่าภายใต้บริบทของกำลังการผลิตที่ติดตั้งเพิ่มขึ้น การผลิตไฟฟ้าตั้งแต่เดือนมกราคมถึงมีนาคมปีนี้ต่ำกว่าปีที่ผ่านมาอย่างมาก และการผลิตไฟฟ้าในเดือนมีนาคมยังเท่ากับปี 2015 ด้วยซ้ำ นี่เพียงพอที่จะทำให้เราเห็นถึง “ความไม่แน่นอน” ของพลังงานน้ำ

ปริมาณการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำในแต่ละเดือนตั้งแต่ปี 2013 ถึง 2021 (100 ล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง)

ข้อจำกัดต่างๆ มาจากสภาพแวดล้อมที่เป็นจริง การสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำไม่สามารถทำได้ในทุกที่ที่มีน้ำ ธรณีวิทยา ความลาดชัน ความเร็วของกระแสน้ำ การย้ายถิ่นฐานของประชาชน และแม้แต่การแบ่งเขตการปกครอง ล้วนเป็นปัจจัยที่จำกัดการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ตัวอย่างเช่น โครงการอนุรักษ์น้ำช่องเขาเหยียนซานที่กล่าวถึงในที่ประชุมสมัชชาประชาชนแห่งชาติเมื่อปี 1956 ไม่ได้รับการอนุมัติเนื่องจากการประสานงานผลประโยชน์ระหว่างมณฑลกานซูและหนิงเซี่ยไม่ดี จนกระทั่งปีนี้ โครงการดังกล่าวปรากฏขึ้นอีกครั้งในข้อเสนอของทั้งสองสภา แต่ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าจะเริ่มก่อสร้างได้เมื่อใด

การลงทุนด้านพลังงานน้ำนั้นมีขนาดใหญ่มาก งานขุดดิน งานคอนกรีต และงานดินสำหรับการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำนั้นมีขนาดใหญ่มาก และต้องเสียค่าใช้จ่ายในการย้ายถิ่นฐานจำนวนมหาศาล นอกจากนี้ การลงทุนในระยะแรกไม่ได้สะท้อนให้เห็นเฉพาะในด้านเงินทุนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงระยะเวลาด้วย เนื่องจากความจำเป็นในการย้ายถิ่นฐานและการประสานงานของหน่วยงานต่างๆ ทำให้รอบการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำหลายแห่งจะล่าช้ากว่าที่วางแผนไว้มาก

ยกตัวอย่างเช่น โครงการโรงไฟฟ้าพลังน้ำไป่เหอถานที่อยู่ระหว่างการก่อสร้าง เริ่มต้นขึ้นในปี 1958 และถูกบรรจุอยู่ใน "แผนพัฒนาห้าปีฉบับที่สาม" ในปี 1965 อย่างไรก็ตาม หลังจากผ่านอุปสรรคและปัญหาต่างๆ มากมาย โครงการนี้จึงเพิ่งเริ่มต้นอย่างเป็นทางการในเดือนสิงหาคม 2011 และจนถึงปัจจุบัน โรงไฟฟ้าพลังน้ำไป่เหอถานก็ยังสร้างไม่เสร็จสมบูรณ์ หากไม่นับรวมขั้นตอนการวางแผนออกแบบเบื้องต้น วงจรการก่อสร้างจริงจะใช้เวลาอย่างน้อย 10 ปี

อ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ก่อให้เกิดน้ำท่วมเป็นวงกว้างในบริเวณต้นน้ำของเขื่อน ซึ่งบางครั้งอาจสร้างความเสียหายให้กับที่ราบลุ่ม หุบเขาแม่น้ำ ป่าไม้ และทุ่งหญ้า ในขณะเดียวกันก็ส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศทางน้ำโดยรอบโรงงานด้วย โดยมีผลกระทบอย่างมากต่อปลา นกน้ำ และสัตว์อื่นๆ

03 สถานการณ์ปัจจุบันของการพัฒนาพลังงานน้ำในประเทศจีน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง แต่ในช่วงห้าปีที่ผ่านมา อัตราการเติบโตค่อนข้างต่ำ

ในปี 2020 กำลังการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำจะอยู่ที่ 1,355.21 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง เพิ่มขึ้น 3.9% เมื่อเทียบกับปีก่อนหน้า อย่างไรก็ตาม ในช่วงแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 13 พลังงานลมและเทคโนโลยีออปโตอิเล็กทรอนิกส์มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วเกินกว่าเป้าหมายที่วางไว้ ในขณะที่พลังงานน้ำบรรลุเป้าหมายเพียงประมาณครึ่งหนึ่งเท่านั้น ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา สัดส่วนของพลังงานน้ำในการผลิตไฟฟ้าทั้งหมดค่อนข้างคงที่ อยู่ที่ประมาณ 14% – 19%

จากอัตราการเติบโตของการผลิตไฟฟ้าของจีน จะเห็นได้ว่าอัตราการเติบโตของพลังงานน้ำชะลอตัวลงในช่วงห้าปีที่ผ่านมา โดยคงที่อยู่ที่ประมาณ 5%

ผมคิดว่าสาเหตุของการชะลอตัวนั้น ประการแรกคือการปิดโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก ซึ่งมีการกล่าวถึงอย่างชัดเจนในแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 13 เพื่อปกป้องและฟื้นฟูสภาพแวดล้อมทางนิเวศวิทยา มีโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กถึง 4,705 แห่งในมณฑลเสฉวนเพียงแห่งเดียวที่ต้องได้รับการปรับปรุงและปิดตัวลง

ในทางกลับกัน จีนขาดแคลนทรัพยากรสำหรับการพัฒนาพลังงานน้ำขนาดใหญ่ จีนได้สร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำหลายแห่ง เช่น สามหุบเขา เกอโจวปา อู่ตงเต๋อ เซียงจยาปา และไป่เหอถาน ทรัพยากรสำหรับการสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่ขึ้นใหม่ อาจมีเพียง "ส่วนโค้งขนาดใหญ่" ของแม่น้ำยาร์ลุงซางป๋อเท่านั้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากภูมิภาคนี้เกี่ยวข้องกับโครงสร้างทางธรณีวิทยา การควบคุมสิ่งแวดล้อมของเขตสงวนธรรมชาติ และความสัมพันธ์กับประเทศเพื่อนบ้าน จึงทำให้การแก้ไขปัญหาในอดีตเป็นเรื่องยาก

ในขณะเดียวกัน จากอัตราการเติบโตของการผลิตไฟฟ้าในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา จะเห็นได้ว่าอัตราการเติบโตของพลังงานความร้อนนั้นสอดคล้องกับอัตราการเติบโตของการผลิตไฟฟ้าโดยรวม ในขณะที่อัตราการเติบโตของพลังงานน้ำนั้นไม่สัมพันธ์กับอัตราการเติบโตของการผลิตไฟฟ้าโดยรวม แสดงให้เห็นถึงสภาวะ "เพิ่มขึ้นปีเว้นปี" แม้ว่าจะมีเหตุผลสำหรับสัดส่วนที่สูงของพลังงานความร้อน แต่ก็สะท้อนให้เห็นถึงความไม่เสถียรของพลังงานน้ำในระดับหนึ่งด้วย

การเติบโตของการผลิตพลังงาน

ในแง่ของสัดส่วนการผลิตไฟฟ้า เราจะเห็นได้ว่าถึงแม้ว่าอุตสาหกรรมพลังงานน้ำจะพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา และการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำในปี 2020 สูงกว่าปี 2001 ถึงห้าเท่า แต่สัดส่วนในการผลิตไฟฟ้าทั้งหมดกลับไม่ได้เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ

ในกระบวนการลดสัดส่วนของพลังงานความร้อน พลังงานน้ำไม่ได้มีบทบาทมากนัก แม้ว่าจะพัฒนาอย่างรวดเร็ว แต่ก็ยังคงรักษาสัดส่วนไว้ได้ภายใต้บริบทของการเพิ่มขึ้นอย่างมากของการผลิตไฟฟ้าของประเทศ การลดลงของสัดส่วนพลังงานความร้อนส่วนใหญ่เกิดจากแหล่งพลังงานสะอาดอื่นๆ เช่น พลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ ก๊าซธรรมชาติ พลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น

การกระจุกตัวมากเกินไปของทรัพยากรพลังงานน้ำ

การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำทั้งหมดของมณฑลเสฉวนและยูนนานคิดเป็นเกือบครึ่งหนึ่งของการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำทั้งหมดของประเทศ และปัญหาที่ตามมาคือ พื้นที่ที่มีทรัพยากรพลังน้ำอุดมสมบูรณ์อาจไม่สามารถรองรับการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำในท้องถิ่นได้ ส่งผลให้เกิดการสิ้นเปลืองพลังงาน สองในสามของน้ำเสียและไฟฟ้าเหลือทิ้งในลุ่มแม่น้ำสายหลักของจีนมาจากมณฑลเสฉวน คิดเป็นปริมาณมากถึง 20.2 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง และมากกว่าครึ่งหนึ่งของไฟฟ้าเหลือทิ้งในมณฑลเสฉวนมาจากแม่น้ำต้าตูสายหลัก

ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา พลังงานน้ำของจีนพัฒนาอย่างรวดเร็วทั่วโลก จีนเป็นแรงขับเคลื่อนสำคัญของการเติบโตของพลังงานน้ำทั่วโลก โดยเกือบ 80% ของการใช้พลังงานน้ำทั่วโลกมาจากจีน และการใช้พลังงานน้ำของจีนคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 30% ของการใช้พลังงานน้ำทั่วโลกทั้งหมด

อย่างไรก็ตาม สัดส่วนการใช้พลังงานน้ำปริมาณมหาศาลดังกล่าวต่อการใช้พลังงานขั้นต้นทั้งหมดของจีนนั้นสูงกว่าค่าเฉลี่ยโลกเพียงเล็กน้อย โดยต่ำกว่า 8% ในปี 2019 แม้จะไม่ได้เปรียบเทียบกับประเทศที่พัฒนาแล้วอย่างแคนาดาและนอร์เวย์ สัดส่วนการใช้พลังงานน้ำก็ยังต่ำกว่าบราซิลซึ่งเป็นประเทศกำลังพัฒนาเสียอีก จีนมีทรัพยากรพลังงานน้ำ 680 ล้านกิโลวัตต์ ครองอันดับหนึ่งของโลก และภายในปี 2020 กำลังการผลิตติดตั้งของพลังงานน้ำจะเพิ่มขึ้นเป็น 370 ล้านกิโลวัตต์ จากมุมมองนี้ อุตสาหกรรมพลังงานน้ำของจีนยังมีศักยภาพในการพัฒนาอีกมาก

04 แนวโน้มการพัฒนาพลังงานน้ำในอนาคตของจีน

พลังงานน้ำจะเติบโตอย่างรวดเร็วในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า และสัดส่วนของการผลิตไฟฟ้าโดยรวมจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

ในอีกด้านหนึ่ง ในช่วงแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 14 จีนสามารถนำพลังงานน้ำมาใช้งานได้มากกว่า 50 ล้านกิโลวัตต์ ซึ่งรวมถึงโรงไฟฟ้าพลังน้ำอู่ตงเต๋อและไป่เหอถานในกลุ่มเขื่อนสามหุบเขา และโรงไฟฟ้าพลังน้ำตอนกลางของแม่น้ำย่าหลง นอกจากนี้ โครงการพัฒนาพลังน้ำในลุ่มน้ำตอนล่างของแม่น้ำย่าหลงจางป๋อ ก็ได้รับการบรรจุอยู่ในแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 14 ด้วยทรัพยากรที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ทางเทคนิคถึง 70 ล้านกิโลวัตต์ ซึ่งเทียบเท่ากับโรงไฟฟ้าพลังน้ำสามหุบเขามากกว่าสามแห่ง นั่นหมายความว่าพลังน้ำจะกลับมาพัฒนาอย่างยิ่งใหญ่อีกครั้ง

ในทางกลับกัน การลดขนาดของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนนั้นเป็นสิ่งที่คาดการณ์ได้ชัดเจน ไม่ว่าจะเป็นจากมุมมองของการรักษาสิ่งแวดล้อม ความมั่นคงทางพลังงาน และการพัฒนาเทคโนโลยี โรงไฟฟ้าพลังความร้อนจะยังคงลดความสำคัญลงในภาคพลังงานต่อไป

ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ความเร็วในการพัฒนาพลังงานน้ำยังคงเทียบไม่ได้กับพลังงานใหม่ แม้แต่ในสัดส่วนของการผลิตพลังงานทั้งหมด ก็อาจจะยังตามหลังพลังงานใหม่อยู่ หากเวลาผ่านไปนานกว่านี้ ก็อาจกล่าวได้ว่าพลังงานน้ำจะถูกพลังงานใหม่แซงหน้าไปในที่สุด

หลิว ซื่อหยู ผู้อำนวยการฝ่ายวางแผนของสถาบันวางแผนพลังงานเจเนอรัลอิเล็กทริก คาดการณ์ว่า ในช่วงแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 14 กำลังการผลิตติดตั้งของพลังงานใหม่ในจีนจะเกิน 800 ล้านกิโลวัตต์ คิดเป็น 29% และการผลิตไฟฟ้าต่อปีจะสูงถึง 1.5 ล้านล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง แซงหน้าพลังงานน้ำ