変化する電力網に対応する新たな水力発電
中国は、世界で最も高い揚水発電ダムとなる高さ182.3メートルの「国網新源江蘇句容揚水発電所」を稼働させた。同施設は水1,707万立方メートル（約170億リットル）を貯留でき、設備容量は135万キロワット。商業運転が全面化すれば、発電サイクルを通じて年間約13億5,000万キロワット時の電力を供給する見込みだ。中国東部の電力需要が記録を更新する一方、風力・太陽光発電の大規模導入が進むなかで、この事業が始動した。
目次
安定した大河の流れに依存する従来型の河川ダムとは異なり、揚水発電所は巨大な蓄電池のように機能する。上部と下部の貯水池の間で水を移動させ、電力網に余剰電力があるときに水をくみ上げ、需要のピーク時には水を放流してタービンを回す。この双方向の運用によって、太陽光や風力による変動の大きいエネルギーを、必要なときに使える安定した電力に変える。これは江蘇省のような人口と産業が集中する地域に求められる機能だ。
新発電所は、長江デルタに近い需要地のそばに建設され、迅速な出力調整に対応する設計となっている。供給や需要の急変に備え、運転員は数分で出力を増減できる。技術者はダム本体に新型の遮水膜を導入し、信頼性と保守性の向上に向けて超大型の球形弁も設置した。この事業は、中国が新たな発電設備と並行して、電力網を安定させる設備を増やしていることを示している。
揚水発電の仕組みと重要性
揚水発電は、電力網規模の蓄電方法として最も広く導入されている。通常、夜間や風が強く日差しの多い時間帯に電力が余ると、発電所はその電力でポンプを動かし、水を上部貯水池へくみ上げる。電力が必要になれば、水をタービンに通して下へ流し、発電する。往復効率は通常70～85％程度だ。サイクルの過程で一部のエネルギーは失われるが、余剰時の電力を不足時に移せることに価値がある。
中国では再生可能エネルギーの発電容量が急速に拡大しており、需給調整の機能が欠かせなくなっている。句容発電所は一つの施設で複数の機能を担う。夕方の需要急増を抑えるピークカット、電力網の周波数を安定した50ヘルツに保つ周波数調整、電圧を支える位相制御、緊急時に備えた迅速な予備力を提供する。事業運営者によると、同発電所は双方向で約270万キロワットの調整能力を備える。
この立地は偶然ではない。江蘇省では最大電力負荷が9年連続で1億キロワットを超え、今年の夏には1億5,600万キロワットに達した。こうした電力網の中心に大規模な蓄電施設を置くことで、ピーク対応の石炭火力発電所を稼働させる必要性が減り、電力網が受け入れきれずに出力抑制される再生可能エネルギーの活用も進む。
高さ182メートルの事業の全容
句容発電所の高さは182.3メートルで、60階建てのビルにほぼ相当する。貯水池の容量は1,707万立方メートル。設備容量は135万キロワットで、全面稼働すれば、標準的な発電年で約13億5,000万キロワット時を供給する見込みだ。この施設は「水力エネルギー銀行」と表現されることも多い。電力が豊富で安価なときにエネルギーを蓄え、需要と価格が高まったときに供給する。
技術者は、遠隔地の深い渓谷ではなく、負荷の大きい平野部に建設する揚水発電ダムとして、野心的な目標の達成を求められた。ダム本体には新型の遮水ジオメンブレンを使い、漏水を抑えて地下水を保護する。また、中国で導入されたものとしては最大級の球形弁を採用し、安全性を高め、保守を容易にした。こうした工夫により、発電所は水をより効率的に循環させ、停止時間を短縮できる。
設備は事業の一側面にすぎない。給電指令センターは、迅速な起動・停止や、揚水と発電の頻繁な切り替えを管理しなければならない。そのためには、堅牢なデジタル制御、精密な水位監視、地域の電力網運営者との連携が欠かせない。上部貯水池では水位が毎日上下するため、作業員は岸を補強し、浸食を抑えて周辺住民を守る運用ルールを定めた。
中国の水力発電拡大の中での位置づけ
中国の水力発電は、南西部の河川にある巨大発電所と、需要地の近くで増えつつある揚水発電所で構成される。金沙江にある白鶴灘水力発電所は、ダム高289メートルのアーチ式ダムを擁し、設備容量は16ギガワット。三峡ダムに次ぐ世界第2位の水力発電施設だ。白鶴灘や烏東徳などの事業は、長大な河川系統で大量の低炭素電力を供給し、洪水調節も担う。
揚水発電は異なるものの、相互補完的な役割を果たす。河川の流れから新たな一次エネルギーを生み出すのではなく、時間単位や日単位で電力を移し、長距離の超高圧送電線の運用を安定させる。南西部の水力発電所や北部の風力発電所から東へ送電する際、沿岸部の揚水発電所が電力の急増を吸収し、需要ピーク時に放出する。これにより再エネの出力抑制が減り、都市部で高コストのピーク電源を稼働させる必要も小さくなる。
中国は現在の計画期間に揚水発電の容量を急速に拡大してきた。第14次五カ年計画の開始以降、4,453万キロワットを超える揚水発電容量が電力網に加わった。国の気候目標は、2030年までに二酸化炭素排出量をピークアウトさせ、2060年までにカーボンニュートラルを達成することだ。蓄電は、信頼性を損なうことなく再エネ比率を高めるための橋渡しとなり、揚水発電はその取り組みの基盤であり続けている。
技術的成果と環境面のトレードオフ
揚水発電所としてこれほど高いダムを実現できた背景には、技術の進歩がある。遮水ライナーはダム構造を保護し、水の損失を抑える。大型の球形弁は高い落差に伴う高圧に対応し、安全性を高める。建設業者は、近隣の町への影響を管理しながら、複雑な地下工事や取水トンネル、サージタンクを段階的に整備する必要があった。
揚水発電は、非常に大規模な河川せき止め型ダムで見られる環境への負荷を一部軽減できる。多くの事業は河川本流から離れた場所に建設されるため、本流における魚の移動経路を遮断しない。貯水池はより小規模で地形の高所に設けられるため、住民の移転を抑えられる場合もある。一方、日々の水位変動は岸辺の植物や野生生物に負荷を与え、建設工事も生息地を損なう。浸食を抑え、土砂を管理し、地下水汚染を防ぐには、慎重な設計と厳格な運用ルールが必要だ。
中国の水力発電政策は、小規模発電所を数千カ所建設した時期を経て、質の管理を重視する方向に移っている。当局は、敏感な種に被害を与え、新たな生態系保護のレッドラインに抵触する支流の小規模な違法ダムなどを数多く閉鎖・撤去してきた。大規模事業には環境影響評価の厳格化が適用され、句容のような事業では浸透を抑え、周辺の水資源を保護する技術が取り入れられている。
地域への波及と国境を越える事業
水力発電はアジアにおける外交課題でもある。ブラマプトラ川の上流にあたるヤルツァンポ川で中国が計画する巨大事業をめぐり、下流のインドでは注視する動きや安全策を求める声が高まっている。ニューデリーの当局者は、国境を越えて流量や土砂の動き、生態系を変える可能性のある事業について、透明性やデータ共有、協議が必要だと強調している。インドは北東部の水の安全保障と電力供給を強化するため、アルナーチャル・プラデシュ州での大規模な水力発電開発も検討している。
両国は、水文データの交換の早期再開と、国境をまたぐ河川での協力に関する手順について協議している。地域の専門家は、地震活動や脆弱な生態系を踏まえ、ヒマラヤの事業には場所ごとのリスク評価が重要だと指摘する。句容のような揚水発電所は通常、河川本流から離れて運用され、国境を越えるリスクも小さい傾向にあるが、本流の巨大ダムには近隣国間のより緊密な意思疎通が必要となる。
南アジア以外でも、ダム建設はユーラシア各地でエネルギー安全保障戦略の一環となっている。高さ335メートルのダムを計画するタジキスタンのログン事業は、中央アジアの輸入燃料依存からの脱却を支援しようとする国際的なパートナーの関心を集めている。こうした動きは広範な傾向を示す。各国は地理的条件が許す場所では大河川の水力発電を進めるとともに、再エネの導入拡大に伴う電力網の安定化に向け、揚水発電などの蓄電設備を組み合わせている。
消費者と産業への影響
江蘇省の工場や家庭にとって、蓄電容量の拡大は、ピーク時の電力不足を減らし、熱波の際に電力網へかかる負荷を和らげる。揚水発電は風力・太陽光発電所の突然の出力抑制を防ぎ、すでに費用を投じたクリーンエネルギーを無駄にしないよう支える。また、運転コストが高く、追加的な汚染を伴う石炭火力のピーク電源への依存も抑える。
同発電所は、発電サイクルを通じて年間約13億5,000万キロワット時を供給する見込みで、これは中国の一般的な家庭約100万世帯の年間電力使用量にほぼ相当する。この比較は設備の規模を示すものだが、揚水発電は柔軟性を提供する設備として捉えるのが適切だ。揚水時に電力を消費し、発電時にその大半を戻す。需要が急増したときも電力供給を維持し、精密な産業設備向けに電圧と周波数を安定させる点に価値がある。
中国の電力市場が発展するにつれて、句容のような発電所は、キロワット時の販売だけでなく、迅速な予備力や周波数応答といったサービスからも収益を得るようになる。輸送、暖房、製造の電化が進むなか、こうしたサービスの重要性は高まっている。電力網の蓄電容量が増えれば、太陽光や風力の追加導入にかかるコストが下がり、長期的には消費者にも恩恵が及ぶ。
要点
- 中国は江蘇省で高さ182.3メートルの揚水発電ダムを稼働させた。世界で最も高い同種のダムとなる。
- 発電所は水1,707万立方メートルを貯留し、設備容量は135万キロワット。
- 発電サイクルを通じた年間供給量は約13億5,000万キロワット時の見込み。
- 同発電所は華東電力網にピークカット、周波数調整、位相制御、迅速な予備力を提供する。
- 江蘇省の最大負荷は今年の夏に1億5,600万キロワットに達し、地元の蓄電容量の重要性が高まっている。
- 現在の五カ年計画の開始以降、中国では4,453万キロワットを超える揚水発電容量が増設された。
- 揚水発電は変動する風力・太陽光発電の受け入れを助け、ピーク対応の石炭火力発電所の稼働を減らす。
- 技術者はこの高さで安全性と信頼性の目標を達成するため、遮水ライナーと超大型の球形弁を採用した。
- 中国は生態系に有害な小規模ダムを数多く撤去する一方、大規模事業への審査を厳格化している。
- ブラマプトラ川での国境を越える水力発電計画について、中国とインドが協議しており、透明性とデータ共有を求める声が上がっている。
