Kína: Világelső az energetikában is?!

2012. szeptember 15-én rendezte meg az Energetikai Szakkollégium az őszi, Jubileumi félévének nyitó előadását, amelyet Kimpián Aladár tartott Kína energetikájáról.

Kína: Világelső az energetikában is?!

A kérdőjel nem véletlenül vetődött fel. 2010-ben Kína rendelkezett az Egyesület Államok után a 2. legnagyobb elméleti beépített teljesítőképességgel (EBT) [GW] és éves villamosenergia-termeléssel [TWh]. A 2005-ös és 2010-es évek között Kína energetikai mérőszámai rohamosan nőttek, ahogyan azt az 1. és 2. táblázatban láthatjuk. Akkor miért is lett a címe előadásunknak „Kína: Világelső az energetikában is?!”? Ennek oka, hogy a Nemzetközi Energia Ügynökség (International Energy Agency – IEA) becslése szerint Kína 2011-ben mind az erőművi EBT-ben (~1150 GW), mind az éves villamosenergia-termelésben (~4500 TWh) felülmúlta az USA megfelelő jellemzőit. A fejlődés nem csak erre a rövid időszakra jellemző, hanem a jövőre vonatkozó tervekben is komoly előrelépést várnak az energetikai szektorban. A tervezett növekedésről a 3. táblázatban láthatunk néhány sarkalatos számot.

Fosszilis tüzelőanyagok

A világ ma ismert szénkészleteiről és öt legnagyobb széntermelőjéről láthatunk adatokat 4. táblázatban.

Kína villamosenergia-termelő kapacitásának 3/4 részét főleg a keleti országrészben lévő, mintegy 1000 db széntüzelésű erőmű alkotja. Mivel a szénkészletek és a szénbányák zöme az északi és az északnyugati országrészben, Belső Mongólia és Hszincsiang-Ujgur tartományokban található, óriási vasúti és vízi szállítási feladat a kitermelt milliárd tonna/év nagyságrendű szénmennyiség eljuttatása az erőművekbe és más felhasználókhoz. Évtizedünkben a legtöbb szenes erőművet 600 MW-os blokkokkal építik, ezekből hetente átlagosan 4 db-ot helyeznek üzembe. Kína egyik legnagyobb szenes erőműve, a Santung tartománybeli 4540 MW-os Zouxian erőmű, 4×335, 2×600 és 2×1000 MW-os blokkokkal. Az 1000 MW-os blokkok ultra-szuperkritikus, 254 bar, 604°C kezdő gőzparaméterű kazánjait a Babcock Hitachi cég licence alapján a kínai Dongfang Boiler Company gyártotta. Kínai gyártmány a gőzturbina is. Egy blokk építés-szerelése mindössze 22,6 hónapig, üzembe helyezése csupán 23 napig tartott. Terveznek 8 db 1 GW-os ultra-szuperkritikus blokkból álló szenes erőművet is. A szemléltetés kedvéért, hogy lássuk milyen nagy számok is ezek: Magyarország csúcsterhelése 2011-ben 6492 MW volt, vagyis közel 6,5 db 1 GW-os ultra-szuperkritikus blokkból álló szenes erőmű el tudná látni Magyarország teljes energiaigényét!

Az új szenes erőművek ilyen tempójú létesítése mellett nagy ütemben folyik a régi, rossz hatásfokú, különösen környezetszennyező erőművek leállítása, illetve rekonstrukciója. 2008-ban például 14 000 MW kapacitást állítottak le, részben azért, hogy az olimpia idején elfogadható értékre szorítsák le Peking légszennyezését.

2006-ban a kínai kormány beindította a „Kicsi helyett nagy” („Large Substitute for Small” – LSS) programot. Ennek során a 11. ötéves tervben, 2006-2010 között 50 GW-nyi elavult, rossz hatásfokú szénerőművi kapacitás leállítását tervezték a következő kategóriákban:

  • 50 MW-nál kisebb teljesítményű, hagyományos hőerőművi gépek,
  • 100 MW-nál kisebb teljesítményű, 20 évesnél idősebb hagyományos gépek,
  • 200 MW-nál kisebb teljesítményű hagyományos gépek, amelyek tervezett élettartamuk végére értek,
  • hagyományos gépek, amelyeknek a fajlagos szénfogyasztása 10%-kal több, mint a tartományi átlag, vagy 15%-kal több, mint az országos átlag,
  • minden gépegység, amely nem teljesíti a környezetvédelmi, törvényi és szabályzati előírásokat.

A programot túl is teljesítették: 2010 júliusáig 71,4 GW kapacitást állítottak le és helyettesítették újjal.

A széntermelés világelsőségével együtt jár a széndioxid-kibocsátás világelsősége is. A világ legnagyobb CO2 kibocsátói, ahogyan azt az 5. táblázatban láthatjuk.

 

Az egyre növekvő mennyiségű CO2-t nem lehet büntetlenül rászabadítani a földi légkörre. Megoldást jelenthet a CCS (carbon dioxide capture and storage – széndioxid leválasztás és tárolás) technológia: a füstgázból vegyi úton leválasztott CO2 gázt cseppfolyósítják, elszállítják a tárolás helyére, ahol föld alatti üregekbe, pl. felhagyott bányajáratokba, kimerült kőolaj- és földgázmezőkbe, illetve egyéb geológiai tárolókba sajtolják.

Ennek a tárolási módnak is meg vannak a kockázatai:

  • Nem egyszerű a tároló szivárgásmentességét biztosítani 100 vagy 1000 évre.
  • Ha egy adott országnak nincs elegendő tárolókapacitása, akkor szóba jöhet a bértárolás a maga nemzetközi jogi bonyodalmaival.
  • Nem ismert, hogy miként hat a tömény CO2 a talajvízre és az élővilágra.
  • A meglévő és működő erőműpark CO2-mentesítése óriási költségekkel jár.

Ígéretes a „coal gasification” (szén-elgázosítási) technológia, mellyel a szenet kémiai úton szintetikus földgázzá alakítják, kéntelenítik és tisztítják.

A Siemens Energy által gyártott 500 MW teljesítményű, 18 m hosszú, 3 m átmérőjű, 200 t tömegű reaktor naponta 2000 t szenet dolgoz fel. A Hszincsiang-Ujgur tartománybeli Yili város „földgázgyárában” 8 db ilyen reaktor működik, évi kapacitásuk 2 milliárd m3 gáz.

 

Vízerőművek

Az ország évezredek óta szenvedett az árvizektől (pl. csak 1644-1911 között 214 nagyobb gátszakadást jegyeztek fel). A XX. század öt nagy árvize (1931, 1954, 1991, 1996, 1998)

  • 20-200 millió főnyi népességet érintett,
  • 30 000-150 000 km2 megművelt terület elöntésével járt,
  • 2-7 millió ház sérült meg vagy dőlt össze,
  • 3-20 milliárd USD kár keletkezett,
  • a halálos áldozatok száma 3000 és 150 000 között volt.

Árvízi szempontból a nyárvégi-koraőszi időszak a legveszélyesebb, mert ilyenkor az ország középső részén, a két legnagyobb folyó, a Jangce (kínaiul Csang Csiang – Hosszú Folyam) és a Huang-ho (Sárga-folyó) középső vízgyűjtő területén lezúduló monszunesők 10-15 m-rel emelik meg a folyók szintjét. Különösen fontos az árvízvédelem és a folyamszabályozás a Jangce középső folyásának Csunking és Jicsang közötti 600 km-es szakaszán. Itt az árvíz nélküli max. átfolyási képesség 60 000 m3/s, azonban a max. vízhozam 90 000 m3/s!

Ezért épült itt a Három Szoros (Szurdok) Vízerőmű (Three Gorges Power Plant-TGPP).

 

A létesítmény műtárgyai és fő jellemzőik:

  • Háromrészes, 2310 m hosszú, 185 m koronamagasságú, tömör vasbeton súlygát, a jobb- és bal parti, összesen 1228 m hosszú erőművi gépcsarnokkal és a középső, 1082 m hosszú vízátbocsátó (árapasztó) szakasszal, amely 483 m hosszú bukóhoz csatlakozva, 22 db felső mozgatható gáton és 23 db mélyfenéki nyíláson keresztül engedi le a fölös vizet, illetve a hordalékot.
  • Bal parti 120×18 m-es hajóemelő.
  • Bal parti, iker-rendszerű, ötlépcsős, kamránként 280×34 m-es hajózsilip-rendszer, amelyen keresztül 10 000 tonnás hajók is át tudnak kelni, egyidejűleg folyásirányban és folyással ellentétes irányban („vízi autópálya”).
  • Az alvízi oldalon a két partot összekötő kötélhíd (a gát tetején nincs közút, csak darupálya).

A Jangce e szakaszán a korábbi 10 millió t/év áruszállítás a TGPP megépítése után 50 millió t/év-re emelkedhet; ennek tekintélyes része szén a keleti országrész hőerőműveinek. Az erőmű az 1. képen látható.

 

A létesítmény fő műszaki és gazdasági jellemzői:

  • Elméleti beépített teljesítőképesség: 32×700 = 22 400 MW.
  • 2 db 50 MW-os háziüzemi hidrogenerátor, azaz

∑ EBT = 22 500 MW, világcsúcs!

  • A 2010 évi villamosenergia-termelés: 84,37 TWh.
  • A kínai kormány által becsült beruházási költség 180 milliárd jüan, ebből 45-45% az építési költség, illetve a duzzasztás által érintett lakosság (kb. 1,5 millió ember) áttelepítésének költsége és 10% a finanszírozási költség.
  • Számított megtérülés: 10 év teljes kapacitású üzem után.

 

Jellemző anyag- és munkamennyiségek:

  • Föld- és sziklakiemelés                                  102 millió m3
  • Föld- és sziklabeépítés                                  30 millió m3
  • Beton                                                            27 millió m3
  • Betonacél                                                       355 000 t
  • Betonozási csúcsteljesítmény                        500 000 m3/hónap

 

A Jangce felső szakaszán, a Jinsa folyón tervezett további vízerőművek:

1. fázis: a Jinsa alsó folyásán, 2005-2015 között 4 erőmű, egyenként 7 400, 14 000, 12 600 és 6 000 MW                                                                                                           Σ 40 000 MW

2. fázis: a Jinsa középső folyásán 8 erőmű                                        Σ 21 150 MW

3. fázis: a Jinsa felső folyásán 8 erőmű                                               Σ 8 980 MW

A Három Szoros Erőmű                                                                       22 500 MW

Összesen                  92 630 MW

 

Előadónk kitért még egy, a vízerőműveknél gyakran felmerülő kérdésre: Okozhat-e földrengés-veszélyt, hogy a 660 km-es, 40 km3-es tározó 40 milliárd tonnával terheli az alatta fekvő tektonikai lemezt?

Tározó által okozott földrengések (RIS – Reservoir-induced seismicity)

A Kínai Földrengéstani Hivatal (China Earthquake Administration) Szeizmológiai Intézetének öt kutatója 2010. szeptemberében tanulmányt írt a Három Szoros Tározó vízszintje és a tározó környezetének földrengései közötti viszonyról (A study on the relationship between water levels and seismic activity in the Three Gorges reservoir).

A tanulmány fő megállapításai a következők:

1. A tározó töltésének kezdete, 2003. júniusa és 2009. december 31. között – ebben az időszakban már többször is elérték a maximális vízszintet – 3429, a Richter-skála szerinti M2,9 magnitúdójúnál gyengébb, ún. „mikrorengést” regisztráltak, időarányosan 30-szor többet, mint a feltöltés előtti időszakban, de volt egy M4,1-es rengés is, amikor a tározót egy közbülső szintről túl gyorsan, 3 m/nap szintemelkedéssel töltötték a maximumig.

2. A mikrorengések száma annál nagyobb volt, minél magasabb szintre töltötték a tározót.

3. A mikrorengések száma annál nagyobb volt, minél gyorsabban töltötték vagy ürítették a tározót.

A mikrorengések feltételezett okai:

  • A tározó töltésekor a víz közvetlenül befolyik, vagy közvetve, a kőzet pórusain és repedésein keresztül behatol a felhagyott bányákba és a karsztos barlangokba, amelyek beomlanak, ezzel rengést keltve.
  • Töltéskor a lejtős partok vízbe merülő része a felhajtóerő következtében kisebb „súlyerőt” képvisel, így kevésbé tud ellenállni a felső partrész nyomásának, ezért földcsuszamlás (suvadás) jöhet létre, amely rengést kelthet.
  • Ha a parti kőzet kevéssé átjárható (impermeábilis), akkor a tározó gyors szintcsökkenésekor a lassabban csökkenő talajvízszint többlet hidrosztatikai nyomása instabillá teszi a part anyagát, ami hegycsuszamláshoz vezethet, amely rengést kelthet.

A gyakori mikrorengések intenzív tektonikai rengéshez vezethetnek.

 

Kína nagy- és ultranagy feszültségű átviteli hálózata

A világ legnagyobb villamosenergia-ipari cége a 2002-ben létrehozott állami tulajdonú Kínai Állami Átviteli Hálózati Társaság (State Grid Corporation of China – SGCC).

2008 végén 620 000 km hosszú volt a 35 kV-nál nagyobb feszültségű hálózata, 1,6 TVA transzformátor-kapacitása, 1,5 millió munkatársa és 1 milliárd fogyasztója volt.

2007-2011 között 28,6 milliárd USD-t ruháztak be a hálózaton.

A Három Szoros Vízerőműben termelt 22 400 MW teljesítményt 500 kV-os távvezetékeken juttatják el a bal- és jobbparti csomóponti alállomásokba, ahonnan 500 kV-os váltakozó áramú, és ± 500 kV-os egyenáramú vezetékekkel szállítják tovább.

Az SGCC 2004-ben elfogadott hálózatfejlesztési stratégiája alapján 2006-ban elkezdték és 28 hónap múlva, 2009. január 6-án üzembe helyezték a világ első 1100 kV-ra szigetelt és 1000 kV-on üzemelő váltakozó áramú távvezetékét. Beruházási költsége 830 millió USD volt.

A 650 km-es vezeték a Három Szoros Erőműtől keletre eső Jingmen alállomásból indul észak felé, 290 km múlva eléri a Nanyang-ban lévő kapcsolóállomást, majd 360 km múlva a Jindongnan-ban lévő, ez idő szerinti végponti alállomást. 3,7 km-es keresztezéssel íveli át a Huang-ho-t (a Sárga-folyót) és 2,9 km-essel a Hanjiang folyót.

Kínai számítások szerint 10 000 MW teljesítmény 3000 km-re történő szállításához a különböző nagy- és ultranagy feszültségű és rendszerű távvezetékekből a 1. ábrán látható darabszámú szükséges, azok mekkora veszteséget okoznak. Az átviteli veszteség a ± 1000 kV-os egyrendszerű egyenáramú távvezeték esetén a legkisebb.„Coal by wire” – „inkább áramot szállítsunk, mint szenet”.

 

Befejezés

Az idő szűkössége miatt az előadásból kimaradt három meghatározó energiahordozó bemutatása (szél, atom és napenergia). Az előadást nagy érdeklődés övezte, így reméljük a későbbiekben még lesz lehetőség meghallgatni a kimaradt részeket.

 

 


 

Kínai számítások szerint 10 000 MW teljesítmény 3000 km-re történő szállításához a különböző nagy- és ultranagy feszültségű és rendszerű távvezetékekből a 1. ábrán látható darabszámú szükséges, azok mekkora veszteséget okoznak. Az átviteli veszteség a ± 1000 kV-os egyrendszerű egyenáramú távvezeték esetén a legkisebb.„Coal by wire” – „inkább áramot szállítsunk, mint szenet”.

 

Minden vélemény számít!