Nubrėžiame gamtai teigiamą kelią į tvarios energijos ateitį

Artėjant JT klimato kaitos konferencijai (COP27), kuri lapkričio mėnesį vyks Egipte, dėmesys sutelkiamas į būdus, kurių reikia norint pasiekti pasaulinius klimato tikslus. Greitas ekonomikų dekarbonizavimas yra labai svarbus siekiant stabilizuoti klimatą, įskaitant nulinės energijos sistemų įgyvendinimą iki 2050 m. Tačiau pasauliui taip pat susidūrus su gamtos / biologinės įvairovės krize ir siekiant vystymosi tikslų, šie būdai turi turėti įtakos jų poveikiui bendruomenės ir ekosistemos; Klimato stabilizavimas turėtų būti suderintas su Žemės gyvybės palaikymo sistemų palaikymu.

Keletas prognozių, ko reikia norint sukurti elektros energijos sistemas, atitinkančias 1.5° C klimato tikslas yra padvigubinti pasaulinės hidroenergijos pajėgumus, pvz., iš Tarptautinė energetikos agentūra (IEA) ir Tarptautinė atsinaujinančios energijos agentūra (IRENA). Nors tai yra mažesnis proporcingas padidėjimas nei kitų atsinaujinančių šaltinių, pvz., vėjo ir saulės fotovoltinių energijos šaltinių, kurių, kaip prognozuojama, padidės daugiau nei dvidešimt kartų, pasaulio hidroenergijos pajėgumų padvigubėjimas vis dėlto reiškia dramatišką pagrindinės infrastruktūros išplėtimą, kuris paveiks pasaulio upes ir įvairias naudą, kurią jie teikia visuomenei ir ekonomikai iš gėlavandenės žvejybos, kuri maitina šimtus milijonų, siekiant sumažinti potvynius ir išlaikyti stabilias deltas.

Tik trečdalis didžiausių pasaulio upių tebėra laisvai tekančios – ir padvigubėjus pasauliniam hidroenergijos pajėgumui būtų užtvenkta maždaug pusė jų, o pagaminama mažiau nei 2% reikalingos atsinaujinančios energijos 2050 m.

Beveik visi nauji energetikos projektai, įskaitant vėją ir saulę, turės tam tikrą neigiamą poveikį, tačiau tokiu mastu bus prarasta pagrindinė ekosistemos rūšis – didelės, laisvai tekančios upės. turės didelių kompromisų žmonėms ir gamtai pasauliniu lygiu. Todėl hidroenergijos plėtra nusipelno ypač kruopštaus planavimo ir sprendimų priėmimo. Čia aš išnagrinėju kai kuriuos pagrindinius klausimus, susijusius su hidroenergetikos vertinimu, įskaitant klausimus, kurie dažnai yra neteisingai suprantami.

Dažnai manoma, kad maža hidroenergija yra tvari arba mažo poveikio, bet dažnai taip nėra. Mažoji hidroenergija nėra nuosekliai apibrėžiama (pvz., kai kurios šalys priskiria „mažąją hidroenergiją“ iki 50 MW), tačiau dažnai priskiriama prie projektų, kurių galia mažesnė nei 10 MW. Kadangi dažnai manoma, kad tokio dydžio projektai daro nedidelį poveikį aplinkai, maži hidroenergijos projektai dažnai gauna paskatas arba subsidijas ir (arba) gauna naudos iš ribotos aplinkosaugos peržiūros. Tačiau mažų hidroelektrinių užtvankų paplitimas gali sukelti didelį kumuliacinį poveikį. Be to, net nedidelis projektas ypač prastoje vietoje gali sukelti stebėtinai didelį neigiamą poveikį.

Be to, dažnai pristatoma, kad hidroenergija, veikianti upėje, turi ribotą neigiamą poveikį, tačiau kai kurios užtvankos, turinčios didžiausią poveikį upėms, yra upių užtvankos. Upių užtvankos nekaupia vandens ilgą laiką; į projektą įtekančio vandens kiekis yra toks pat, kaip ir ištekančio iš projekto – bent jau kasdien. Tačiau upės nutekėjimo projektai gali būti sukaupti per dieną, kai jie veikia kaip „vandeninis vanduo“, kaupiant vandenį visą dieną ir išleidžiant jį per kelias valandas, kai yra didžiausias poreikis. Šis veikimo būdas gali turėti didelį neigiamą poveikį upės žemupio ekosistemoms. Kadangi upių užtvankos neturi didelių saugyklų, jos nekelia kai kurių didžiausių poveikių žmonėms ir upėms, susijusiems su dideliais rezervuarais, įskaitant didelio masto bendruomenių perkėlimą ir sezoninių upių tėkmės modelių sutrikimus. Tačiau šie skirtumai pernelyg dažnai lemia platesnius apibendrinimus, kad upių tekėjimo projektai neturi įtakos upėms arba net tos upės nutekėjimo hidroenergetikai nereikia užtvankos. Nors kai kurie upės kanalo projektai neapima užtvankos visame kanale, daugeliui didelių upės takų projektų reikia užtvankos, kuri suskaido upės kanalą (žr. nuotrauką žemiau). Šis netinkamas apibendrinimas tampa ypač problematiškas, kai projekto šalininkai nurodo, kad jo tėkmės statusas yra trumpas teiginys, kad jis turės minimalų poveikį. Šį „skubų apibendrinimą“ naudojo Xayaboury užtvankos prie Mekongo upės šalininkai, kuri daro didelį poveikį tiek žuvų migracijai, tiek nuosėdų, reikalingų pasroviui deltoje, gaudymui.

Nors hidroelektrinių užtvankų aplinkosaugos apžvalgose dažnai daugiausia dėmesio skiriama vietos sąlygoms, neigiamas poveikis iš tikrųjų gali pasireikšti net už šimtų kilometrų nuo užtvankos. Kai hidroelektrinių užtvankos blokuoja migruojančių žuvų judėjimą, jos gali turėti neigiamą poveikį viso upės baseino ekosistemoms tiek prieš srovę, tiek pasroviui užtvankos. Kadangi migruojančios žuvys dažnai yra viena iš svarbiausių gėlavandenės žuvininkystės šaltinių, tai reiškia neigiamą poveikį žmonėms, net kai kuriems, kurie gali gyventi šimtus kilometrų nuo užtvankos. Hidroelektrinių užtvankos buvo pagrindinis indėlis dramatiškus pasaulinius migruojančių žuvų nuostolius nuo 76 m. sumažėjo 1970%., su garsiais pavyzdžiais, tokiais kaip Kolumbijos ir Mekongo upės. Antrasis ilgalaikis poveikis yra nuosėdos. Upė yra daugiau nei vandens tėkmė, ji taip pat yra nuosėdų, tokių kaip dumblas ir smėlis, srautas. Upės nusėda šias nuosėdas, kai patenka į vandenyną, sukurdamos deltą. Deltos gali būti itin produktyvios – tiek žemės ūkyje, tiek žuvininkystėje – ir dabar daugiau nei 500 milijonų žmonių gyvena deltose visame pasaulyje, įskaitant Nilo, Gango, Mekongo ir Jangdzės upes. Tačiau upei įtekėjus į rezervuarą, srovė gerokai sulėtėja, didžioji dalis nuosėdų iškrenta ir „įstringa“ už užtvankos. Dabar rezervuarai sulaiko maždaug ketvirtadalį pasaulinio metinio nuosėdų srauto.dumblo ir smėlio, kurie kitu atveju padėtų išlaikyti deltas erozijos ir jūros lygio kilimo akivaizdoje. Kai kurios pagrindinės deltos, pavyzdžiui, Nilas, prarado daugiau nei 90 % nuosėdų atsargų ir dabar skęsta bei mažėja. Taigi, hidroelektrinių užtvankos gali turėti didelį poveikį pagrindiniams ištekliams dideliuose upių baseinuose, įskaitant pasauliniu mastu svarbios maisto atsargos, tačiau pernelyg dažnai hidroenergijos projektų aplinkosaugos apžvalgoje daugiausia dėmesio skiriama vietiniam poveikiui.

Žuvų perėjimas aplink užtvankas retai sušvelnino neigiamą užtvankų poveikį migruojančioms žuvims. Žuvų praėjimas, pavyzdžiui, žuvų kopėčios ar net liftai, yra įprastas užtvankų švelninimo reikalavimas. Iš pradžių žuvų takas buvo sukurtas upėse, kuriose buvo galingų plaukiojančių ir šokinėjančių žuvų rūšių, tokių kaip lašišos, tačiau dabar perėjos struktūros pridedamos prie didelių atogrąžų upių, tokių kaip Mekongas ar Amazonės intakai, užtvankos, nors duomenų yra labai nedaug. arba pavyzdžiai, kaip šiose upėse veikia žuvų perėjimas. A 2012 m. visų recenzuotų tyrimų apie žuvų perėjimo rezultatus apžvalga nustatė, kad žuvų perėjimas lašišoms veikė daug geriau nei kitų rūšių žuvims; Vidutiniškai konstrukcijų sėkmės rodiklis lašišoms plaukioti prieš srovę yra 62 %. Šis skaičius gali atrodyti didelis, tačiau dauguma žuvų turi plaukti kelias užtvankas iš eilės; net ir esant santykinai dideliam 62 % sėkmės rodikliui kiekvienoje užtvankoje, mažiau nei ketvirtadalis lašišų sėkmingai įveiks tris užtvankas. Ne lašišų sėkmės rodiklis buvo 21 % – net ir turint dvi užtvankas, tik 4 % migruojančių žuvų bus sėkmingos (žr. toliau). Be to, daugumai žuvų taip pat reikalinga migracija pasroviui, bent jau žuvų lervoms ar jaunikliams, o pasroviui pereina dar mažiau.

Hidroenergija nebėra pigiausia atsinaujinančios energijos gamybos technologija. Per pastaruosius dešimtmečius vėjo energijos kaina sumažėjo maždaug trečdaliu, o saulės energijos kaina sumažėjo 90 % – ir panašu, kad toks kainų mažinimas ir toliau tęsis. Tuo tarpu Vidutinė hidroenergijos kaina per pastarąjį dešimtmetį šiek tiek išaugo, todėl sausumos vėjo energija dabar tapo mažiausia vidutine kaina tarp atsinaujinančių energijos šaltinių.. Nors vidutinė jo kaina vis dar yra šiek tiek didesnė nei hidroenergijos, saulės energijos projektai dabar nuosekliai siekė pigiausių energijos projektų rekordą.

Hidroenergija dažniausiai vėluoja ir viršija išlaidas tarp didelių infrastruktūros projektų. EY atliktas tyrimas parodė, kad 80 procentų hidroenergijos projektų patyrė išlaidų viršijimą, o vidutiniškai 60 procentų. Abi šios proporcijos buvo didžiausios tarp didelių infrastruktūros projektų tipų, įskaitant iškastines ir atomines elektrines, vandens projektus ir jūros vėjo projektus. Tyrimas taip pat parodė, kad 60 procentų hidroenergijos projektų vėlavo beveik trejus metus, o tai viršijo tik anglies projektai, kurių vidutinis vėlavimas buvo šiek tiek didesnis.

Hidroenergija gali užtikrinti tvirtą energijos gamybą arba kaupimą, remdama įvairius atsinaujinančius energijos šaltinius, tokius kaip vėjo ir saulės energija.

Vėjo ir saulės energija jau yra pagrindinė kiekvienais metais pridedama naujos kartos forma, o prognozės numato mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančius tinklus, kuriuose vėjo ir saulės energija yra dominuojanti generavimo forma. Bet stabiliems tinklams reikės daugiau nei vėjo ir saulės energijos, jiems taip pat reikės tam tikro firmos generavimo derinio ir saugykla, kuri subalansuos tinklus tam tikrais laikotarpiais – nuo ​​minučių iki savaičių – kai sumažės tų išteklių prieinamumas. Daugelyje tinklų hidroenergija yra viena iš technologijų, galinčių užtikrinti tvirtą energiją. Viena hidroenergijos rūšis – hidroakumuliacinė hidroenergija (PSH) – šiuo metu yra dominuojanti komunalinio masto kaupimo tinkle forma (apie 95%). PSH projekte vanduo pumpuojamas į kalną, kai energijos yra daug, ir laikomas viršutiniame rezervuare. Kai reikia energijos, vanduo teka atgal žemyn į apatinį rezervuarą, gamindamas elektros energiją tinklui.

…tačiau šios paslaugos dažnai gali būti teikiamos ir toliau neprarandant laisvai tekančių upių. Tyrimai, skirti tinklo išplėtimo galimybėms, parodė, kad šalys dažnai gali patenkinti būsimą elektros energijos poreikį naudodamos mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančias technologijas, kurios išvengtų naujų užtvankų laisvai tekančiose upėse. daugiau investicijų į vėjo ir saulės energiją, kuri pakeistų hidroenergiją su dideliu neigiamu poveikiu arba per kruopštus naujų hidroelektrinių išdėstymas kad būtų išvengta užtvankų plėtros didelėse laisvai tekančiose upėse arba saugomose teritorijose. Be to, du siurblinės projekto rezervuarai gali būti statomi toli nuo upių ir vandens srautas tarp jų cirkuliuoja pirmyn ir atgal. Australijos nacionalinio universiteto mokslininkai sudarė žemėlapį 530,000 XNUMX vietų visame pasaulyje su atitinkama topografija, kad būtų palaikoma ne kanalo siurblinė saugykla, o tik nedidelės dalies reikia, kad būtų pakankamai saugyklos tinklams, kuriuose dominuoja atsinaujinantys energijos šaltiniai visame pasaulyje. Esami rezervuarai ar kitos funkcijos, pvz apleistas kasybos duobes taip pat gali būti naudojamas siurblinėse.

Ne visi pasauliniai scenarijai, atitinkantys klimato tikslus, apima hidroenergijos padvigubinimą. Nors kelios žinomos organizacijos (pvz., IEA ir IRENA), modeliuojančios, kaip būsimos elektros energijos sistemos gali atitikti klimato tikslus, apima pasaulinių hidroenergijos pajėgumų padvigubinimą, ne visi tokie scenarijai tai daro. Pavyzdžiui, nors IEA ir IRENA modeliai iki 1200 m. apima mažiausiai 2050 GW naujų hidroelektrinių pajėgumų, tarp vyriausybinės klimato kaitos komisijos (IPCC) naudojamų scenarijų, kurie atitinka 1.5° C tikslą, maždaug ketvirtadalis jų apėmė mažiau nei 500 GW naujos hidroelektrinės. Panašiai, Vienos žemės klimato modelis, taip pat atitinka 1.5° C tikslas, apima tik apie 300 GW naujos hidroelektrinės iki 2050 m.

Hidroelektrinių gamyba gali plėstis be naujų užtvankų Energijos sistemos gali padidinti hidroenergijos gamybą nepridedant naujų hidroenergijos užtvankų dviem pagrindiniais būdais: (1) modernizuojant esamus hidroenergetikos projektus moderniomis turbinomis ir kita įranga; ir (2) turbinų pridėjimas prie nenaudojamų užtvankų. A JAV Energetikos departamento atliktas tyrimas nustatė, kad su tinkamomis finansinėmis paskatomis šiais dviem būdais JAV hidroenergijos laivynas galėtų būti padidintas 11 GW hidroenergijos, ty 14 % daugiau nei dabartinis pajėgumas. Jei panašaus potencialo būtų kitose pasaulio šalyse, tai būtų daugiau nei pusė papildomų pasaulinių hidroenergijos pajėgumų, įtrauktų į Vienos žemės klimato modelis iki 2050 m. Be to, „plūduriuojančios saulės“ projektų pridėjimas prie rezervuarų už hidroelektrinių užtvankų, apimančių tik 10 % jų paviršiaus, galėtų 4,000 GW naujos galios, galintis pagaminti maždaug dvigubai daugiau energijos, nei šiandien gaunama iš visos hidroelektrinės.

Hidroenergija yra pažeidžiama klimato kaitos, todėl pabrėžiama įvairių tinklų vertė. Buvau pagrindinis tyrimo autorius nustatyta, kad iki 2050 m. 61 procentas visų pasaulinių hidroelektrinių užtvankų bus baseinuose, kuriuose yra labai didelė arba itin didelė sausrų, potvynių arba abiejų rizika. Iki 2050 m. 1 iš 5 esamų hidroelektrinių užtvankų dėl klimato kaitos bus didelės potvynių rizikos zonose, palyginti su 1 iš 25 šiandien. A studijuoti Gamta Klimato kaita prognozuojama, kad iki šio amžiaus vidurio iki trijų ketvirtadalių hidroenergijos projektų visame pasaulyje sumažės gamyba dėl klimato sukeltų hidrologinių pokyčių. Šalys, kurios yra labai priklausomos nuo hidroenergijos, yra pažeidžiamos sausros, o daugelyje regionų ši rizika padidės. Pavyzdžiui, iš hidroenergijos tiekiama beveik visa elektros energija Zambijai ir 2016 m. sausra Pietų Afrikoje. dėl to Zambijos nacionalinė elektros gamyba sumažėjo 40%, sukeldamas didžiulius ekonominius sutrikimus ir nuostolius. Šis pažeidžiamumas pabrėžia įvairių elektros energijos gamybos šaltinių vertę tinkluose.

Hidroenergija ne visada yra ginčytina, galima rasti bendrą kalbą. Nors gamtosauginių organizacijų ir hidroenergetikos sektoriaus santykiai dažnai buvo ginčytini, galima rasti bendrą pagrindą. Pavyzdžiui, Jungtinėse Amerikos Valstijose hidroenergetikos sektoriaus atstovai, įskaitant Nacionalinę hidroenergetikos asociaciją (NHA), ir kelios gamtosaugos organizacijos sudarė „Neįprastas dialogas dėl hidroenergijos“ (visas atskleidimas: šiame dialoge atstovavau savo organizacijai Pasaulio laukinės gamtos fondui – JAV). Neįprasto dialogo dalyviai sutarė, kad hidroenergija vaidina pagrindinį vaidmenį tvarios energetikos ateityje ir kad upių apsauga ir atkūrimas JAV turėtų būti prioritetas. Neįprasto dialogo dalyviai palaikė teisės aktus, atitinkančius tą bendrą viziją, o praėjusiais metais pasirašytame Infrastruktūros įstatymo projekte buvo numatyta skirti 2.3 mlrd. JAV dolerių hidroenergijos pajėgumų didinimui be naujų užtvankų (per modernizavimą ir elektros energijos nenaudojamas užtvankas) ir senstančių užtvankų pašalinimui siekiant atkurti upes ir pagerinti visuomenės saugumą.