หลักการสร้างไฟฟ้าพลังน้ำและการวิเคราะห์สถานการณ์ปัจจุบันของการพัฒนาไฟฟ้าพลังน้ำในประเทศจีน

เป็นเวลากว่า 111 ปีแล้วที่จีนเริ่มก่อสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ shilongba ซึ่งเป็นสถานีไฟฟ้าพลังน้ำแห่งแรกในปี 1910 ในช่วงเวลากว่า 100 ปีที่ผ่านมานี้ อุตสาหกรรมน้ำและไฟฟ้าของจีนประสบความสำเร็จอย่างโดดเด่นจากกำลังการผลิตติดตั้งของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ shilongba เพียง 480kw ถึง 370 ล้าน KW ซึ่งครองอันดับหนึ่งของโลกเราอยู่ในอุตสาหกรรมถ่านหิน และเราจะได้ยินข่าวเกี่ยวกับไฟฟ้าพลังน้ำ แต่เราไม่รู้อะไรมากเกี่ยวกับอุตสาหกรรมไฟฟ้าพลังน้ำ

วันนี้มาทำความเข้าใจสั้นๆ เกี่ยวกับไฟฟ้าพลังน้ำจากหลักการและลักษณะของไฟฟ้าพลังน้ำกับสถานการณ์ปัจจุบันและแนวโน้มการพัฒนาของไฟฟ้าพลังน้ำในประเทศจีน

01 หลักการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ

อันที่จริง ไฟฟ้าพลังน้ำเป็นกระบวนการของการแปลงพลังงานศักย์ของน้ำให้เป็นพลังงานกล จากนั้นจากพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยทั่วไปคือการใช้น้ำในแม่น้ำที่ไหลเพื่อหมุนมอเตอร์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า และพลังงานที่มีอยู่ในแม่น้ำหรือส่วนหนึ่งของแอ่งจะขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำและปริมาณน้ำที่ลดลง

ปริมาณน้ำในแม่น้ำถูกควบคุมโดยบุคคลที่ไม่มีกฎหมาย และน้ำหยดก็ใช้ได้ดังนั้นเมื่อสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ สามารถเลือกสร้างเขื่อนและผันน้ำเพื่อให้มีความเข้มข้นลดลง เพื่อปรับปรุงอัตราการใช้ทรัพยากรน้ำ

การสร้างเขื่อนคือการสร้างเขื่อนในจุดที่เอื้อมถึงด้วยหยดน้ำขนาดใหญ่ สร้างอ่างเก็บน้ำเพื่อกักเก็บน้ำและเพิ่มระดับน้ำ เช่น สถานีไฟฟ้าพลังน้ำสามโตรกการผันน้ำหมายถึงการผันน้ำจากอ่างเก็บน้ำต้นน้ำไปยังปลายน้ำผ่านช่องทางผันน้ำ เช่น สถานีไฟฟ้าพลังน้ำ Jinping II

02 ลักษณะของพลังน้ำ

ข้อดีของไฟฟ้าพลังน้ำส่วนใหญ่รวมถึงการปกป้องสิ่งแวดล้อมและการสร้างใหม่ ประสิทธิภาพและความยืดหยุ่นสูง ค่าบำรุงรักษาต่ำและอื่นๆ

การคุ้มครองสิ่งแวดล้อมและพลังงานหมุนเวียนควรเป็นข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของไฟฟ้าพลังน้ำไฟฟ้าพลังน้ำใช้พลังงานในน้ำเท่านั้น ไม่กินน้ำ และจะไม่ก่อให้เกิดมลพิษ

ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันน้ำ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าหลักของการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ ไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังมีความยืดหยุ่นในการเริ่มต้นและใช้งานอีกด้วยสามารถเริ่มการทำงานจากสถานะคงที่ได้อย่างรวดเร็วภายในไม่กี่นาที และเพิ่มภาระงานให้เสร็จภายในไม่กี่วินาทีไฟฟ้าพลังน้ำสามารถใช้ในการทำงานของการโกนสูงสุด การปรับความถี่ สแตนด์บายโหลด และสแตนด์บายโดยอุบัติเหตุของระบบไฟฟ้า

การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำไม่ใช้เชื้อเพลิง ไม่ต้องการกำลังคนจำนวนมากและสิ่งอำนวยความสะดวกที่ลงทุนในการขุดและขนส่งเชื้อเพลิง มีอุปกรณ์ง่าย ๆ ผู้ปฏิบัติงานน้อย พลังงานเสริมน้อยกว่า อายุการใช้งานนานของอุปกรณ์ และต้นทุนการดำเนินงานและการบำรุงรักษาต่ำ ดังนั้น พลังงาน ต้นทุนการผลิตของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำต่ำเพียง 1 / 5-1 / 8 ของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนและอัตราการใช้พลังงานของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำสูงถึงมากกว่า 85% ประสิทธิภาพเชิงความร้อนของโรงไฟฟ้าถ่านหิน อยู่ที่ประมาณ 40% เท่านั้น

ข้อเสียของไฟฟ้าพลังน้ำส่วนใหญ่รวมถึงอิทธิพลอย่างมากจากสภาพอากาศ ถูกจำกัดโดยสภาพทางภูมิศาสตร์ การลงทุนจำนวนมากในระยะเริ่มต้น และความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมทางนิเวศวิทยา

ไฟฟ้าพลังน้ำได้รับผลกระทบอย่างมากจากการตกตะกอนไม่ว่าจะเป็นในฤดูแล้งและฤดูฝนเป็นปัจจัยอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการจัดหาถ่านหินสำหรับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำมีเสถียรภาพตามปีและจังหวัด แต่ขึ้นกับ "วัน" เมื่อมีรายละเอียดเดือน ไตรมาส และภูมิภาคไม่สามารถให้พลังงานที่มั่นคงและเชื่อถือได้เช่นพลังงานความร้อน

ภาคใต้และภาคเหนือมีความแตกต่างอย่างมากในฤดูฝนและฤดูแล้งอย่างไรก็ตาม ตามสถิติการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำในแต่ละเดือนตั้งแต่ปี 2556 ถึง พ.ศ. 2564 ฤดูฝนของจีนโดยรวมคือประมาณเดือนมิถุนายนถึงตุลาคม และฤดูแล้งประมาณเดือนธันวาคมถึงกุมภาพันธ์ความแตกต่างในการผลิตไฟฟ้าระหว่างทั้งสองสามารถเพิ่มขึ้นกว่าเท่าตัวในเวลาเดียวกัน เรายังเห็นได้ด้วยว่าภายใต้เบื้องหลังของกำลังการผลิตติดตั้งที่เพิ่มขึ้น การผลิตไฟฟ้าตั้งแต่เดือนมกราคมถึงมีนาคมปีนี้ต่ำกว่าในปีก่อนหน้าอย่างมาก และการผลิตไฟฟ้าในเดือนมีนาคมก็เทียบเท่ากับในปี 2558 เท่านี้ก็เพียงพอแล้วที่เราจะได้เห็น “ความไม่แน่นอน” ของไฟฟ้าพลังน้ำ

การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำในแต่ละเดือนตั้งแต่ปี 2556 ถึง พ.ศ. 2564 (100 ล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง)

จำกัดด้วยเงื่อนไขวัตถุประสงค์ไม่สามารถสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำในบริเวณที่มีน้ำได้ธรณีวิทยา การตก การไหลของน้ำ การย้ายถิ่นฐานของผู้อยู่อาศัย และแม้แต่ฝ่ายบริหาร ล้วนแต่จำกัดการก่อสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำตัวอย่างเช่น โครงการอนุรักษ์น้ำ Heishan Gorge ที่กล่าวถึงใน National People's Congress ในปี 1956 ยังไม่ผ่านการพิจารณาเนื่องจากการประสานงานที่ไม่ดีระหว่าง Gansu และ Ningxiaจนถึงปีนี้ ปรากฏอีกครั้งในข้อเสนอของทั้งสองช่วง ว่าเมื่อไรจะเริ่มก่อสร้างได้ยังไม่ทราบ

การลงทุนที่จำเป็นสำหรับไฟฟ้าพลังน้ำมีขนาดใหญ่งานหินดินและคอนกรีตสำหรับการก่อสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำมีขนาดใหญ่มากและต้องเสียค่าใช้จ่ายในการตั้งถิ่นฐานใหม่เป็นจำนวนมากยิ่งไปกว่านั้น การลงทุนในระยะแรกไม่ได้สะท้อนให้เห็นในเงินทุนเท่านั้น แต่ยังสะท้อนให้เห็นในเวลาอีกด้วยเนื่องจากความจำเป็นในการตั้งถิ่นฐานใหม่และการประสานงานของหน่วยงานต่างๆ รอบการก่อสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำหลายแห่งจะล่าช้ากว่าที่วางแผนไว้มาก

ยกตัวอย่างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ Baihetan ที่กำลังก่อสร้าง โครงการนี้เริ่มต้นในปี 1958 และรวมอยู่ใน "แผนห้าปีที่สาม" ในปี 1965 อย่างไรก็ตาม หลังจากการบิดและเปลี่ยนหลายครั้ง ก็ไม่ได้เริ่มอย่างเป็นทางการจนถึงเดือนสิงหาคม 2011 จนถึงปัจจุบัน สถานีไฟฟ้าพลังน้ำ Baihetan ยังไม่แล้วเสร็จหากไม่รวมการวางแผนการออกแบบเบื้องต้น วงจรการก่อสร้างจริงจะใช้เวลาอย่างน้อย 10 ปี

อ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ทำให้เกิดน้ำท่วมขนาดใหญ่บริเวณต้นน้ำของเขื่อน ซึ่งบางครั้งสร้างความเสียหายให้กับที่ราบลุ่ม หุบเขาแม่น้ำ ป่าไม้ และทุ่งหญ้าในขณะเดียวกันก็จะส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศทางน้ำรอบ ๆ พืชด้วยมีผลอย่างมากต่อปลา นกน้ำ และสัตว์อื่นๆ

03 สถานการณ์ปัจจุบันของการพัฒนาไฟฟ้าพลังน้ำในประเทศจีน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำยังคงรักษาอัตราการเติบโต แต่อัตราการเติบโตในช่วงห้าปีที่ผ่านมานั้นต่ำ

ในปี 2020 กำลังการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำจะอยู่ที่ 1355.21 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง โดยเพิ่มขึ้น 3.9% เมื่อเทียบเป็นรายปีอย่างไรก็ตาม ในช่วงระยะเวลาแผนห้าปีที่ 13 พลังงานลมและออปโตอิเล็กทรอนิกส์พัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงระยะเวลาแผนห้าปีที่ 13 ที่ 13 ซึ่งเกินวัตถุประสงค์ในการวางแผน ในขณะที่ไฟฟ้าพลังน้ำบรรลุวัตถุประสงค์ในการวางแผนเพียงครึ่งเดียวเท่านั้นในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา สัดส่วนของไฟฟ้าพลังน้ำในการผลิตไฟฟ้าทั้งหมดค่อนข้างคงที่ โดยคงระดับไว้ที่ 14% – 19%

จากอัตราการเติบโตของการผลิตไฟฟ้าของจีน จะเห็นได้ว่าอัตราการเติบโตของไฟฟ้าพลังน้ำได้ชะลอตัวลงในช่วง 5 ปีที่ผ่านมา โดยพื้นฐานแล้วจะคงระดับไว้ที่ประมาณ 5%

ฉันคิดว่าสาเหตุของการชะลอตัวคือ ด้านหนึ่ง การปิดโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก ซึ่งระบุไว้อย่างชัดเจนในแผนห้าปีที่ 13 เพื่อปกป้องและซ่อมแซมสิ่งแวดล้อมทางนิเวศวิทยามีสถานีไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก 4705 แห่งที่ต้องแก้ไขและถอนออกในมณฑลเสฉวนเพียงแห่งเดียว

ในทางกลับกัน จีนขาดทรัพยากรการพัฒนาไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่จีนได้สร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำหลายแห่ง เช่น Three Gorges, Gezhouba, Wudongde, Xiangjiaba และ Baihetanทรัพยากรสำหรับการสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่ขึ้นใหม่อาจเป็นเพียง "โค้งใหญ่" ของแม่น้ำยาร์ลุงซังโปอย่างไรก็ตาม เนื่องจากภูมิภาคนี้มีโครงสร้างทางธรณีวิทยา การควบคุมสิ่งแวดล้อมของเขตอนุรักษ์ธรรมชาติ และความสัมพันธ์กับประเทศโดยรอบ จึงเป็นเรื่องยากที่จะแก้ไขมาก่อน

ในขณะเดียวกัน จะเห็นได้จากอัตราการเติบโตของการผลิตไฟฟ้าในช่วง 20 ปีที่ผ่านมาว่าอัตราการเติบโตของพลังงานความร้อนนั้นโดยทั่วไปจะซิงโครไนซ์กับอัตราการเติบโตของการผลิตไฟฟ้าทั้งหมด ในขณะที่อัตราการเติบโตของพลังน้ำไม่เกี่ยวข้องกับ อัตราการเติบโตของการผลิตไฟฟ้าทั้งหมด บ่งชี้ภาวะ “เพิ่มขึ้นทุกปีๆ”แม้ว่าจะมีเหตุผลสำหรับสัดส่วนที่สูงของพลังงานความร้อน แต่ก็สะท้อนถึงความไม่แน่นอนของไฟฟ้าพลังน้ำในระดับหนึ่ง

การเติบโตของการผลิตไฟฟ้า

ในแง่ของสัดส่วนการผลิตไฟฟ้านั้น เรายังสามารถเห็นได้ว่าถึงแม้อุตสาหกรรมไฟฟ้าพลังน้ำจะพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา และการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำในปี 2563 เพิ่มขึ้นถึง 5 เท่าจากปี 2544 แต่สัดส่วนในการผลิตไฟฟ้าทั้งหมดก็ไม่เปลี่ยนแปลง อย่างมีนัยสำคัญ

ในกระบวนการลดสัดส่วนของพลังงานความร้อน ไฟฟ้าพลังน้ำไม่ได้มีบทบาทมากนักแม้ว่าจะมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว แต่ก็สามารถรักษาสัดส่วนในการผลิตไฟฟ้าทั้งหมดได้ภายใต้เบื้องหลังการผลิตไฟฟ้าของประเทศที่เพิ่มขึ้นอย่างมากการลดสัดส่วนของพลังงานความร้อนส่วนใหญ่เกิดจากแหล่งพลังงานสะอาดอื่นๆ เช่น พลังงานลม เซลล์แสงอาทิตย์ ก๊าซธรรมชาติ พลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น

ความเข้มข้นของแหล่งไฟฟ้าพลังน้ำมากเกินไป

การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำทั้งหมดของมณฑลเสฉวนและยูนนานคิดเป็นเกือบครึ่งหนึ่งของการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำแห่งชาติ และปัญหาที่ตามมาคือพื้นที่ที่อุดมไปด้วยทรัพยากรไฟฟ้าพลังน้ำอาจไม่สามารถดูดซับการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำในท้องถิ่นได้ ส่งผลให้สิ้นเปลืองพลังงานสองในสามของน้ำเสียและไฟฟ้าในลุ่มแม่น้ำสายสำคัญในประเทศจีนมาจากมณฑลเสฉวน ซึ่งสูงถึง 20.2 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง และไฟฟ้าเสียมากกว่าครึ่งในมณฑลเสฉวนมาจากแม่น้ำสายหลักของแม่น้ำต้าตู

ทั่วโลก พลังน้ำของจีนมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วง 10 ปีที่ผ่านมาจีนเกือบได้ขับเคลื่อนการเติบโตของพลังน้ำทั่วโลกเกือบ 80% ของการเติบโตของปริมาณการใช้ไฟฟ้าพลังน้ำทั่วโลกมาจากประเทศจีน และปริมาณการใช้ไฟฟ้าพลังน้ำของจีนคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 30% ของการใช้พลังงานน้ำทั่วโลก

อย่างไรก็ตาม สัดส่วนของการใช้ไฟฟ้าพลังน้ำมหาศาลดังกล่าวในการใช้พลังงานหลักทั้งหมดของจีนนั้นสูงกว่าค่าเฉลี่ยของโลกเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ซึ่งน้อยกว่า 8% ในปี 2019 แม้ว่าจะไม่ได้เปรียบเทียบกับประเทศที่พัฒนาแล้ว เช่น แคนาดาและนอร์เวย์ก็ตาม สัดส่วนของพลังน้ำ การบริโภคต่ำกว่าบราซิลซึ่งเป็นประเทศกำลังพัฒนาอย่างมากประเทศจีนมีแหล่งพลังงานน้ำ 680 ล้านกิโลวัตต์ อันดับแรกในโลกภายในปี 2563 กำลังการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำติดตั้งจะอยู่ที่ 370 ล้านกิโลวัตต์จากมุมมองนี้ อุตสาหกรรมไฟฟ้าพลังน้ำของจีนยังคงมีช่องว่างที่ดีสำหรับการพัฒนา

04 แนวโน้มการพัฒนาในอนาคตของพลังงานน้ำในประเทศจีน

ไฟฟ้าพลังน้ำจะเร่งการเติบโตในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าและจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในสัดส่วนการผลิตไฟฟ้าทั้งหมด

ในอีกด้านหนึ่ง ในช่วงระยะเวลาแผนห้าปีที่ 14 ของจีน โรงไฟฟ้าพลังน้ำมากกว่า 50 ล้านกิโลวัตต์สามารถนำไปใช้งานได้ ซึ่งรวมถึงสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ Wudongde และ Baihetan ของกลุ่ม Three Gorges และบริเวณตอนกลางของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ Yalong Riverนอกจากนี้ โครงการพัฒนาไฟฟ้าพลังน้ำในลุ่มแม่น้ำยาร์ลุงซังโบยังรวมอยู่ในแผนห้าปีที่ 14 ด้วยทรัพยากรที่ใช้ประโยชน์ทางเทคนิคได้ 70 ล้านกิโลวัตต์ ซึ่งเทียบเท่ากับสถานีไฟฟ้าพลังน้ำสามโตรกมากกว่าสามแห่ง ซึ่งหมายความว่าไฟฟ้าพลังน้ำ จะนำไปสู่การพัฒนาที่ยิ่งใหญ่อีกครั้ง

ในทางกลับกัน การลดลงของระดับพลังงานความร้อนนั้นสามารถคาดการณ์ได้อย่างชัดเจนไม่ว่าจากมุมมองของการรักษาสิ่งแวดล้อม ความมั่นคงด้านพลังงาน และการพัฒนาเทคโนโลยี พลังงานความร้อนจะยังคงลดความสำคัญในด้านพลังงานต่อไป

ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ความเร็วของการพัฒนาไฟฟ้าพลังน้ำยังเทียบไม่ได้กับความเร็วของพลังงานใหม่แม้ในสัดส่วนของการผลิตไฟฟ้าทั้งหมด ก็อาจจัดอันดับโดยผู้มาที่หลังของพลังงานใหม่หากเวลาผ่านไปก็อาจกล่าวได้ว่าพลังงานใหม่จะแซงหน้า

Liu Shiyu ผู้อำนวยการแผนกวางแผนของสถาบัน General Electric Power Planning คาดการณ์ว่าในช่วงระยะเวลาแผนห้าปีที่ 14 ความจุติดตั้งของพลังงานใหม่ในประเทศจีนจะเกิน 800 ล้านกิโลวัตต์คิดเป็น 29%;การผลิตไฟฟ้าต่อปีสูงถึง 1.5 ล้านล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง ซึ่งเหนือกว่าไฟฟ้าพลังน้ำ