اصل تولید برق آبی و تجزیه و تحلیل وضعیت فعلی توسعه نیروگاه آبی در چین

از زمانی که چین ساخت نیروگاه برق آبی شیلونگبا را آغاز کرد، ۱۱۱ سال می گذرد، اولین ایستگاه برق آبی در سال ۱۹۱۰. در این بیش از ۱۰۰ سال، از ظرفیت نصب شده نیروگاه برق آبی شیلونگبا تنها ۴۸۰ کیلووات به ۳۷۰ میلیون کیلووات در حال حاضر رتبه اول را به خود اختصاص داده است. جهان، صنعت آب و برق چین دستاوردهای قابل توجهی داشته است.ما در صنعت زغال سنگ هستیم و کم و بیش اخباری در مورد نیروگاه های آبی خواهیم شنید، اما در مورد صنعت برق آبی چیز زیادی نمی دانیم.

01 اصل تولید نیروی برق آبی
برق آبی در واقع فرآیند تبدیل انرژی پتانسیل آب به انرژی مکانیکی و سپس از انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی است.به طور کلی، استفاده از آب جاری رودخانه برای چرخاندن موتور برای تولید برق است و انرژی موجود در یک رودخانه یا بخشی از حوضه آن به حجم و افت آب بستگی دارد.
حجم آب رودخانه توسط هیچ شخص حقوقی کنترل نمی شود و افت آن مشکلی ندارد.بنابراین، هنگام ساخت یک نیروگاه برق آبی، می توانید یک سد بسازید و آب را برای تمرکز قطره هدایت کنید تا میزان بهره برداری از منابع آب بهبود یابد.
سدسازی عبارت است از ساختن سدی در قسمت رودخانه با افت زیاد، ایجاد مخزنی برای ذخیره آب و بالا بردن سطح آب، مانند ایستگاه برق آبی سه دره.انحراف به انحراف آب از مخزن بالادست به پایین دست از طریق کانال انحرافی، مانند ایستگاه برق آبی Jinping II اشاره دارد.

02 ویژگی های برق آبی
مزایای انرژی آبی عمدتاً شامل حفاظت از محیط زیست و بازسازی، راندمان و انعطاف پذیری بالا، هزینه نگهداری کم و غیره است.
حفاظت از محیط زیست و انرژی های تجدیدپذیر باید بزرگترین مزیت انرژی آبی باشد.انرژی آبی تنها از انرژی موجود در آب استفاده می کند، آب مصرف نمی کند و باعث آلودگی نمی شود.
مجموعه ژنراتور توربین آبی، تجهیزات اصلی برق تولید برق آبی، نه تنها کارآمد است، بلکه در راه اندازی و بهره برداری نیز انعطاف پذیر است.می تواند در عرض چند دقیقه عملیات را به سرعت از حالت استاتیک شروع کند و کار کم و زیاد کردن بار را در چند ثانیه به پایان برساند.نیروی آبی را می توان برای انجام وظایف پیک تراشیدن، مدولاسیون فرکانس، آماده به کار بار و آماده به کار در تصادف سیستم قدرت مورد استفاده قرار داد.
تولید برق آبی سوخت مصرف نمی کند، نیازی به نیروی انسانی زیاد و امکانات سرمایه گذاری شده در معدن و حمل و نقل سوخت ندارد، دارای تجهیزات ساده، اپراتور کم، توان کمکی کمتر، عمر طولانی تجهیزات و هزینه های بهره برداری و نگهداری پایین است.بنابراین هزینه تولید نیروگاه برق آبی کم است که تنها 1/5-1/8 نیروگاه حرارتی است و میزان مصرف انرژی نیروگاه آبی تا بیش از 85 درصد بالاست در حالی که زغال سنگ - راندمان انرژی حرارتی نیروگاه حرارتی تنها حدود 40 درصد است.

معایب نیروگاه های آبی عمدتاً شامل تحت تأثیر قرار گرفتن شدید آب و هوا، محدود شدن شرایط جغرافیایی، سرمایه گذاری زیاد در مراحل اولیه و آسیب به محیط زیست است.
انرژی آبی به شدت تحت تأثیر بارش است.این که آیا در فصل خشک و مرطوب باشد، یک عامل مرجع مهم برای تهیه زغال سنگ نیروگاه حرارتی است.تولید برق آبی با توجه به سال و استان پایدار است، اما بستگی به روزی دارد که به تفصیل ماه، چهارم و منطقه مشخص شود.نمی تواند مانند برق حرارتی، توان پایدار و قابل اعتمادی را ارائه دهد.
تفاوت های زیادی بین جنوب و شمال در فصل مرطوب و خشک وجود دارد.با این حال، طبق آمار تولید برق آبی در هر ماه از سال 2013 تا 2021، به طور کلی، فصل مرطوب چین حدود ژوئن تا اکتبر و فصل خشک حدود دسامبر تا فوریه است.تفاوت بین این دو می تواند بیش از دو برابر شود.در عین حال می‌توان مشاهده کرد که در پس‌زمینه افزایش ظرفیت نصب‌شده، تولید برق از ژانویه تا مارس امسال به‌طور قابل‌توجهی کمتر از سال‌های گذشته بوده و تولید برق در اسفند حتی معادل سال ۲۰۱۵ است. این کافی است تا بتوانیم «بی ثباتی» نیروگاه آبی را ببینیم.

محدود به شرایط عینی.در جایی که آب وجود دارد نمی توان نیروگاه های آبی ساخت.ساخت یک نیروگاه برق آبی توسط زمین شناسی، افت، سرعت جریان، جابجایی ساکنان و حتی تقسیم اداری محدود می شود.به عنوان مثال، پروژه حفاظت از آب دره هیشان که در کنگره ملی خلق در سال 1956 ذکر شد، به دلیل هماهنگی ضعیف منافع بین گانسو و نینگشیا تصویب نشد.تا زمانی که مجدداً در پیشنهاد دو جلسه امسال ظاهر شود، هنوز مشخص نیست که ساخت و ساز چه زمانی می تواند آغاز شود.
سرمایه گذاری مورد نیاز برای برق آبی زیاد است.سنگ زمین و کارهای بتنی برای ساخت نیروگاه های برق آبی بسیار زیاد است و هزینه های هنگفتی برای اسکان مجدد باید پرداخت شود.علاوه بر این، سرمایه گذاری اولیه نه تنها در سرمایه، بلکه در زمان نیز منعکس می شود.به دلیل نیاز به اسکان مجدد و هماهنگی ادارات مختلف، چرخه ساخت بسیاری از نیروگاه های برق آبی با تاخیر بسیار نسبت به برنامه ریزی انجام خواهد شد.
با در نظر گرفتن نیروگاه برق آبی بیهتان به عنوان نمونه، این پروژه در سال 1958 آغاز شد و در سال 1965 در "برنامه پنج ساله سوم" گنجانده شد. اما پس از چندین پیچ و خم، تا آگوست 2011 به طور رسمی آغاز نشد. نیروگاه برق آبی بیهتان تکمیل نشده است.بدون احتساب طراحی و برنامه ریزی اولیه، چرخه ساخت و ساز واقعی حداقل 10 سال طول خواهد کشید.
مخازن بزرگ باعث آبگرفتگی در مقیاس وسیع در قسمت های بالای سد می شود و گاهی اوقات به زمین های پست، دره های رودخانه ها، جنگل ها و مراتع آسیب می رساند.در عین حال، اکوسیستم آبی اطراف گیاه را نیز تحت تأثیر قرار خواهد داد.تاثیر زیادی روی ماهی ها، پرندگان آبزی و سایر حیوانات دارد.

03 وضعیت فعلی توسعه نیروگاه های آبی در چین
در سال های اخیر، تولید برق آبی رشد خود را حفظ کرده است، اما نرخ رشد در پنج سال اخیر پایین است
در سال 2020، ظرفیت تولید برق آبی 1355.21 میلیارد کیلووات ساعت است که نسبت به سال گذشته 3.9 درصد افزایش داشته است.با این حال، در طول دوره برنامه پنج ساله سیزدهم، انرژی بادی و اپتوالکترونیک به سرعت در طول دوره برنامه پنج ساله سیزدهم توسعه یافتند و از اهداف برنامه ریزی فراتر رفتند، در حالی که نیروگاه آبی فقط نیمی از اهداف برنامه ریزی را تکمیل کرد.در طول 20 سال گذشته، نسبت نیروگاه های آبی در کل تولید برق نسبتاً ثابت بوده و بین 14 تا 19 درصد حفظ شده است.

از نرخ رشد تولید برق چین، می توان دریافت که نرخ رشد نیروگاه های آبی در پنج سال اخیر کند شده است و اساساً در حدود 5٪ حفظ شده است.
من فکر می کنم دلایل کاهش سرعت از یک طرف تعطیلی نیروگاه های آبی کوچک است که در برنامه پنج ساله سیزدهم حفاظت و ترمیم محیط زیست به وضوح به آن اشاره شده است.تنها در استان سیچوان، 4705 نیروگاه برق آبی کوچک وجود دارد که باید اصلاح و خارج شوند.
از سوی دیگر، منابع بزرگ توسعه انرژی آبی چین ناکافی است.چین نیروگاه های برق آبی بسیاری مانند سه دره، گژوبا، وودونگده، ژیانجیابا و بایهتان ساخته است.منابع برای بازسازی نیروگاه های برق آبی بزرگ ممکن است تنها "خم بزرگ" رودخانه یارلونگ زانگبو باشد.با این حال، از آنجایی که منطقه شامل ساختار زمین شناسی، کنترل محیطی ذخایر طبیعی و روابط با کشورهای اطراف است، حل آن قبلا دشوار بوده است.
در عین حال، از نرخ رشد تولید برق در 20 سال اخیر نیز می توان دریافت که نرخ رشد نیروی حرارتی اساساً با نرخ رشد کل تولید برق هماهنگ است، در حالی که نرخ رشد نیروگاه های آبی بی ربط به نرخ رشد کل تولید برق، نشان دهنده وضعیت "افزایش هر سال در میان".اگرچه دلایلی برای نسبت بالای توان حرارتی وجود دارد، اما تا حدی ناپایداری انرژی آبی را نیز منعکس می کند.
در روند کاهش نسبت توان حرارتی، نیروگاه آبی نقش مهمی ایفا نکرده است.اگرچه به سرعت توسعه می یابد، اما تنها می تواند نسبت خود را در کل تولید برق در پس زمینه افزایش چشمگیر تولید برق ملی حفظ کند.کاهش نسبت توان حرارتی عمدتاً به دلیل سایر منابع انرژی پاک مانند انرژی باد، فتوولتائیک، گاز طبیعی، انرژی هسته ای و غیره است.

تمرکز بیش از حد منابع برق آبی
کل تولید برق آبی استان های سیچوان و یوننان تقریباً نیمی از تولید برق آبی ملی را تشکیل می دهد و مشکل حاصل این است که مناطق غنی از منابع برق آبی ممکن است نتوانند تولید برق آبی محلی را جذب کنند و در نتیجه انرژی هدر می رود.دو سوم فاضلاب و برق در حوضه های اصلی رودخانه در چین از استان سیچوان تا 20.2 میلیارد کیلووات ساعت می آید، در حالی که بیش از نیمی از ضایعات برق در استان سیچوان از جریان اصلی رودخانه دادو تامین می شود.
در سراسر جهان، برق آبی چین در 10 سال گذشته به سرعت توسعه یافته است.چین تقریباً با قدرت خود باعث رشد نیروگاه های آبی جهانی شده است.نزدیک به 80 درصد از رشد مصرف برق آبی جهانی از چین حاصل می شود و مصرف برق آبی چین بیش از 30 درصد از مصرف جهانی برق آبی را تشکیل می دهد.
با این حال، نسبت چنین مصرف عظیم انرژی آبی در کل مصرف انرژی اولیه چین فقط کمی بیشتر از میانگین جهانی است، کمتر از 8 درصد در سال 2019. حتی اگر با کشورهای توسعه یافته مانند کانادا و نروژ مقایسه نشود، نسبت مصرف انرژی آبی برابر است. بسیار پایین تر از برزیل که کشوری در حال توسعه است.چین دارای 680 میلیون کیلووات منابع انرژی آبی است که در رتبه اول جهان قرار دارد.تا سال 2020، ظرفیت نصب شده نیروگاه های آبی 370 میلیون کیلووات خواهد بود.از این منظر، صنعت برق آبی چین هنوز فضای زیادی برای توسعه دارد.

04 روند توسعه آینده انرژی آبی در چین
انرژی آبی در چند سال آینده رشد خود را تسریع خواهد کرد و به افزایش نسبت کل تولید برق ادامه خواهد داد.
از یک طرف، در طول دوره چهاردهمین برنامه پنج ساله، بیش از 50 میلیون کیلووات نیروگاه آبی می تواند در چین به بهره برداری برسد، از جمله ایستگاه های برق آبی Wudongde، Baihetan گروه سه دره و میانی ایستگاه برق آبی رودخانه Yalong.همچنین پروژه توسعه برق آبی در پایین دست رودخانه یارلونگ زنگبو با 70 میلیون کیلووات منابع فنی قابل بهره برداری که معادل بیش از سه نیروگاه برق آبی سه دره است در برنامه پنج ساله چهاردهم گنجانده شده است. دوباره پیشرفت بزرگی را آغاز کرده است.
از سوی دیگر، کاهش مقیاس توان حرارتی به وضوح قابل پیش بینی است.چه از منظر حفاظت از محیط زیست، امنیت انرژی و توسعه فناوری، انرژی حرارتی به کاهش اهمیت خود در زمینه برق ادامه خواهد داد.
در چند سال آینده، سرعت توسعه نیروگاه های آبی هنوز با انرژی های نو قابل مقایسه نیست.حتی در نسبت کل تولید برق، ممکن است دیر وارد کنندگان انرژی جدید پیشی بگیرند.اگر زمان طولانی شود، می توان گفت انرژی جدید از آن سبقت می گیرد.