Vytýčenie prírodnej pozitívnej cesty k udržateľnej energetickej budúcnosti

Blížiaca sa konferencia OSN o zmene klímy (COP27), ktorá sa bude konať v novembri v Egypte, zameriava pozornosť na cesty potrebné na dosiahnutie globálnych klimatických cieľov. Rýchla dekarbonizácia ekonomík je kľúčová pre stabilizáciu klímy vrátane dosiahnutia systémov s nulovou čistou spotrebou energie do roku 2050. Ale keďže svet čelí aj kríze prírody/biodiverzity a snaží sa dosiahnuť súbor rozvojových cieľov, tieto cesty musia zohľadňovať svoj vplyv na spoločenstvá a ekosystémy; stabilizácia klímy by sa mala snažiť byť v súlade so zachovaním systémov podpory života na Zemi.

Niekoľko projekcií toho, čo je potrebné na dosiahnutie energetických systémov v súlade s 1.5° C klimatický cieľ predstavuje zdvojnásobenie globálnej kapacity vodnej energie, ako sú tie z Medzinárodná energetická agentúra (IEA) a Medzinárodná agentúra pre energiu z obnoviteľných zdrojov (IRENA). Aj keď ide o menší proporcionálny nárast v porovnaní s inými obnoviteľnými zdrojmi energie, ako je veterná a solárna fotovoltika, ktorých nárast sa predpokladá viac ako dvadsaťnásobne, zdvojnásobenie globálnej kapacity vodnej energie napriek tomu predstavuje dramatické rozšírenie hlavnej infraštruktúry, ktorá ovplyvní svetové rieky – a rôznorodé výhody, ktoré poskytujú spoločnostiam a ekonomikám zo sladkovodného rybolovu, ktorý živí stovky miliónov ľudí, na zmiernenie záplav a stabilné delty.

Len jedna tretina najväčších svetových riek zostáva voľne tečúca – a zdvojnásobenie celosvetovej kapacity vodnej energie by viedlo k prehradeniu približne polovice z nich, pričom by sa vyrobilo menej ako 2 % potrebnej energie z obnoviteľných zdrojov v roku 2050.

Takmer všetky nové energetické projekty vrátane veternej a solárnej energie spôsobia určité negatívne dopady, ale straty veľkého typu ekosystému – veľké, voľne tečúce rieky – v takom rozsahu bude mať veľké kompromisy pre ľudí a prírodu na globálnej úrovni. Rozšírenie vodnej energie si ako také zasluhuje obzvlášť starostlivé plánovanie a rozhodovanie. Tu skúmam niektoré hlavné problémy relevantné pre hodnotenie vodnej energie vrátane problémov, ktoré sú často nesprávne pochopené.

Často sa predpokladá, že malá vodná energia je udržateľná alebo má malý vplyv, ale často to tak nie je. Malá vodná energia nie je dôsledne definovaná (napr. niektoré krajiny klasifikujú „malú vodnú energiu“ ako čokoľvek do 50 MW), ale často sa kategorizujú ako projekty pod 10 MW. Pretože sa často predpokladá, že projekty takejto veľkosti majú malý vplyv na životné prostredie, malé hydroenergetické projekty často dostávajú stimuly alebo dotácie a/alebo využívajú obmedzené environmentálne preskúmanie. Šírenie malých vodných elektrární však môže spôsobiť značné kumulatívne vplyvy. Navyše aj malý projekt v obzvlášť zlej lokalite môže spôsobiť prekvapivo veľké negatívne dopady.

Prietočná vodná energia sa tiež často prezentuje ako energia s obmedzenými negatívnymi vplyvmi, ale niektoré z priehrad s najväčším vplyvom na rieky sú prietočné priehrady. Prietočné priehrady neskladujú vodu na dlhý čas; množstvo vody pritekajúcej do projektu je rovnaké ako množstvo odtekajúcej z projektu – minimálne na dennej báze. Prietokové projekty sa však môžu skladovať v priebehu jedného dňa, keď fungujú na „hydropeaking“, pričom vodu uchovávajú počas dňa a uvoľňujú ju počas niekoľkých hodín špičkového dopytu. Tento spôsob prevádzky môže spôsobiť veľké negatívne dopady na riečne ekosystémy po prúde. Pretože prietočné priehrady nemajú veľké zásobné nádrže, nespôsobujú niektoré z hlavných vplyvov na ľudí a rieky spojené s veľkými zásobnými nádržami, vrátane rozsiahleho vysídľovania komunít a narušenia sezónnych vzorcov toku riek. Tieto rozdiely však príliš často vedú k prenikavejším zovšeobecneniam, že projekty s odtokom rieky nemajú vplyv na rieky – resp. dokonca aj to, že tečúca vodná energia si nevyžaduje priehradu. Zatiaľ čo niektoré projekty prietoku rieky nezahŕňajú priehradu cez celý kanál, mnoho veľkých projektov prietoku rieky si vyžaduje priehradu, ktorá fragmentuje riečny kanál (pozri fotografiu nižšie). Toto neprimerané zovšeobecňovanie sa stáva obzvlášť problematické, keď zástancovia projektu poukazujú na jeho tečúci sa stav ako na skratku na tvrdenie, že bude mať minimálne dopady. Toto „unáhlené zovšeobecnenie“ použili zástancovia priehrady Xayaboury na rieke Mekong, ktorá má veľký vplyv na migráciu rýb a zachytávanie sedimentov potrebných v delte po prúde.

Zatiaľ čo environmentálne hodnotenia vodných elektrární sa často zameriavajú na miestne podmienky, negatívne vplyvy sa môžu v skutočnosti prejaviť aj stovky kilometrov od priehrady. Keď vodné priehrady blokujú pohyb migrujúcich rýb, môžu mať negatívny vplyv na ekosystémy v celom povodí, a to tak proti prúdu, ako aj po prúde priehrady. A keďže sťahovavé ryby často patria k najdôležitejším prispievateľom do sladkovodného rybolovu, má to negatívny vplyv na ľudí, dokonca aj na tých, ktorí môžu žiť stovky kilometrov od priehrady. Hlavným prispievateľom sú vodné priehrady k dramatickým globálnym stratám sťahovavých rýb, ktoré majú od roku 76 klesla o 1970 %.s významnými príkladmi, ako sú rieky Columbia a Mekong. Druhým dopadom na veľkú vzdialenosť je sediment. Rieka je viac ako tok vody, je to aj tok sedimentov, ako je bahno a piesok. Rieky pri vstupe do oceánu ukladajú tento sediment a vytvárajú deltu. Delty môžu byť mimoriadne produktívne – pre poľnohospodárstvo aj rybolov – a viac ako 500 miliónov ľudí teraz žije v deltách po celom svete vrátane delt Nílu, Gangy, Mekongu a Jang-c’-ťiang. Keď však rieka vstúpi do nádrže, prúd sa značne spomalí a veľká časť sedimentu vypadne a zostane „uväznená“ za priehradou. Nádrže teraz zachytávajú približne jednu štvrtinu celosvetového ročného toku sedimentov –bahno a piesok, ktoré by inak pomáhali udržiavať delty pri erózii a stúpaní hladiny mora. Niektoré kľúčové delty, ako napríklad Níl, teraz stratili viac ako 90 % zásob sedimentov a teraz sa potápajú a zmenšujú. Vodné priehrady teda môžu mať veľký vplyv na kľúčové zdroje naprieč veľkými povodiami, vrátane celosvetovo dôležité zásoby potravín, ale príliš často sa environmentálne hodnotenie projektov hydroenergetických zariadení zameriava predovšetkým na miestne vplyvy.

Prechod rýb okolo priehrad len zriedka zmiernil negatívne vplyvy priehrad na migrujúce ryby. Prechody rýb, ako sú rybie rebríky alebo dokonca výťahy, sú bežnou požiadavkou na zmiernenie vplyvov priehrad. Priechody rýb boli pôvodne vyvinuté na riekach, ktoré mali silné plávajúce a skákajúce druhy rýb, ako je losos, ale v súčasnosti sa do priehrad na veľkých tropických riekach - ako je Mekong alebo prítoky do Amazonky - pridávajú štruktúry priechodov, hoci údaje sú veľmi obmedzené. alebo príklady fungovania rybieho prechodu v týchto riekach. A 2012 prehľad všetkých recenzovaných štúdií o výkonnosti pri prechode rýb zistili, že rybí prechod fungoval oveľa lepšie pre lososa ako pre iné druhy rýb; v priemere majú štruktúry 62% úspešnosť lososov plávajúcich proti prúdu. Toto číslo sa môže zdať vysoké, ale väčšina rýb musí prejsť viacerými priehradami za sebou; aj pri relatívne vysokej úspešnosti 62 % na každej priehrade by menej ako štvrtina lososov úspešne prekonala tri priehrady. Pri nelososoch bola úspešnosť 21 % – aj pri dvoch priehradách budú úspešné iba 4 % migrujúcich rýb (pozri nižšie). Ďalej väčšina rýb tiež vyžaduje migráciu po prúde, prinajmenšom pre larvy alebo mladé ryby, a rýchlosť prechodu po prúde je často ešte nižšia.

Vodná energia už nie je najlacnejšou technológiou výroby obnoviteľných zdrojov. V posledných desaťročiach klesli náklady na veternú energiu približne o jednu tretinu a náklady na solárnu energiu klesli o 90 % – a zdá sa, že toto znižovanie nákladov bude pravdepodobne pokračovať. medzitým priemerné náklady na vodnú energiu sa za posledné desaťročie o niečo zvýšili, takže veterná energia na pevnine sa teraz stala najnižšou priemernou cenou spomedzi obnoviteľných zdrojov energie. Hoci jej priemerná cena je stále o niečo vyššia ako cena vodnej energie, solárne projekty už teraz dôsledne nastaviť rekord pre projekt s najnižšími nákladmi na energiu.

Vodná energia má spomedzi veľkých infraštruktúrnych projektov najvyššiu frekvenciu oneskorení a prekročení nákladov. Štúdia spoločnosti EY zistila, že 80 percent projektov vodných elektrární zaznamenalo prekročenie nákladov s priemerným prekročením o 60 percent. Oba tieto podiely boli najvyššie medzi typmi veľkých infraštruktúrnych projektov v ich štúdii vrátane fosílnych a jadrových elektrární, vodných projektov a pobrežných veterných projektov. Štúdia tiež zistila, že 60 percent projektov vodných elektrární zaznamenalo meškanie s priemerným oneskorením takmer tri roky, čo prekonali iba projekty na uhlie, ktoré mali o niečo dlhšie priemerné oneskorenia.

Vodná energia môže poskytnúť pevnú výrobu alebo skladovanie energie na podporu premenlivých obnoviteľných zdrojov, ako je veterná a slnečná energia....

Vietor a solárna energia sú už vedúcou formou novej generácie pridávanej každý rok a predpovede predpokladajú nízkouhlíkové siete, kde sú dominantnými formami výroby vietor a slnko. ale stabilné siete budú potrebovať viac ako veterné a solárne, budú tiež potrebovať určitú kombináciu pevnej výroby a úložisko, ktoré bude vyrovnávať siete počas období – od minút až po týždne – keď dostupnosť týchto zdrojov klesne. V mnohých sieťach patrí vodná energia medzi technológie, ktoré môžu poskytnúť pevnú energiu. Jeden typ vodnej energie – prečerpávacia vodná energia (PSH) – je v súčasnosti dominantnou formou uskladňovania v rozvodných sieťach (približne 95 %). V projekte PSH sa voda čerpá do kopca, keď je dostatok energie, a ukladá sa v hornej nádrži. Keď je potrebná energia, voda tečie späť dole kopcom do dolnej nádrže a vyrába elektrinu pre rozvodnú sieť.

…ale tieto služby možno často poskytovať bez ďalšej straty voľne tečúcich riek. Výskum zameraný na možnosti rozšírenia siete ukázal, že krajiny môžu často uspokojiť budúci dopyt po elektrickej energii nízkouhlíkovými možnosťami, ktoré sa vyhnú novým priehradám na voľne tečúcich riekach, a to buď prostredníctvom väčšie investície do veternej a solárnej energie ako náhrady za vodnú energiu s veľkými negatívnymi vplyvmi alebo cez starostlivé umiestnenie novej vodnej elektrárne ktorá zabráni výstavbe priehrad na veľkých voľne tečúcich riekach alebo v chránených oblastiach. Ďalej, dve nádrže prečerpávacieho projektu môžu byť postavené na miestach ďaleko od riek a cirkulovať vodu tam a späť medzi nimi. Zmapovali vedci z Austrálskej národnej univerzity 530,000 XNUMX miest po celom svete s vhodnou topografiou na podporu mimokanálového prečerpávania, pričom len malá časť je potrebná na zabezpečenie dostatočného úložiska pre siete s prevahou obnoviteľných zdrojov na celom svete. Existujúce nádrže alebo iné funkcie ako napr opustené banské jamy možno použiť aj v projektoch prečerpávania.

Nie všetky globálne scenáre v súlade s klimatickými cieľmi zahŕňajú zdvojnásobenie vodnej energie. Hoci niekoľko významných organizácií (napr. IEA a IRENA), ktoré modelujú, ako môžu byť budúce energetické systémy v súlade s klimatickými cieľmi, zahŕňa zdvojnásobenie globálnej kapacity vodnej energie, nie všetky takéto scenáre to robia. Napríklad, zatiaľ čo modely IEA a IRENA zahŕňajú do roku 1200 najmenej 2050 1.5 GW novej vodnej kapacity, medzi scenármi, ktoré používa Medzivládny panel pre zmenu klímy (IPCC), sú v súlade s XNUMX° C, približne jedna štvrtina z nich zahŕňala menej ako 500 GW novej vodnej energie. Podobne aj Jeden klimatický model Zeme, tiež v súlade s 1.5° Cieľ C zahŕňa len približne 300 GW novej vodnej energie do roku 2050.

Výroba vodnej energie sa môže rozšíriť bez nových priehrad Energetické systémy môžu pridať výrobu vodnej energie bez pridania nových vodných elektrární dvoma hlavnými spôsobmi: (1) modernizáciou existujúcich projektov hydroenergetických zariadení modernými turbínami a iným zariadením; a (2) pridanie turbín k priehradám bez pohonu. A štúdie Ministerstva energetiky USA zistili, že so správnymi finančnými stimulmi by tieto dva prístupy mohli pridať 11 GW vodnej energie do flotily vodných elektrární v USA, čo predstavuje nárast o 14 % oproti dnešnej kapacite. Ak by bol podobný potenciál dostupný aj v iných krajinách po celom svete, predstavuje to viac ako polovicu dodatočnej globálnej kapacity vodnej energie zahrnutej v Jeden klimatický model Zeme do roku 2050. Okrem toho pridanie „plávajúcich solárnych“ projektov na nádrže za priehradami vodných elektrární, ktoré pokrývajú iba 10 % ich povrchu, by mohlo 4,000 XNUMX GW novej kapacity, schopné generovať približne dvakrát toľko energie, ako sa dnes vyrába zo všetkých vodných elektrární.

Vodná energia je citlivá na zmenu klímy, čo zdôrazňuje hodnotu diverzifikovaných sietí. Bol som hlavný autor štúdie zistilo sa, že do roku 2050 bude 61 percent všetkých globálnych vodných elektrární v povodiach s veľmi vysokým alebo extrémnym rizikom sucha, záplav alebo oboch. Do roku 2050 bude 1 z 5 existujúcich priehrad s vodnými elektrárňami v oblastiach s vysokým rizikom záplav v dôsledku klimatických zmien, pričom dnes je to 1 z 25. A študovať Príroda Zmena klímy predpovedali, že až tri štvrtiny hydroenergetických projektov na celom svete budú mať do polovice tohto storočia zníženú výrobu v dôsledku klimatických zmien v hydrológii. Krajiny, ktoré sú vysoko závislé od vodnej energie, sú náchylné na sucho av mnohých regiónoch sa toto riziko zvýši. Napríklad vodná energia poskytuje takmer všetku elektrinu pre Zambiu a sucho v roku 2016 v južnej Afrike spôsobilo, že národná výroba elektriny v Zambii klesla o 40%, čo spôsobuje obrovské ekonomické rozvraty a straty. Táto zraniteľnosť zdôrazňuje hodnotu diverzifikovaných zdrojov výroby v rámci sietí.

Vodná energia nie je vždy sporná, možno nájsť spoločnú reč. Zatiaľ čo ochranárske organizácie a sektor vodnej energie mali často sporný vzťah, možno nájsť spoločnú reč. Napríklad v Spojených štátoch zástupcovia sektora vodnej energie, vrátane National Hydropower Association (NHA) a niekoľkých ochranárskych organizácií vytvorili „Neobvyklý dialóg pre vodnú energiu“ (úplné zverejnenie: V tomto dialógu som zastupoval svoju organizáciu World Wildlife Fund-US). Účastníci Uncommon Dialogue sa zhodli, že vodná energia zohráva kľúčovú úlohu v udržateľnej energetickej budúcnosti a že ochrana a obnova riek v USA by mala byť prioritou. Účastníci Uncommon Dialogue podporili legislatívu v súlade s touto spoločnou víziou a zákon o infraštruktúre, podpísaný minulý rok, zahŕňal 2.3 miliardy USD na zvýšenie kapacity vodnej energie bez pridania nových priehrad. (prostredníctvom modernizácie a napájania nepoháňaných priehrad) a na odstránenie starnúcich priehrad s cieľom obnoviť rieky a zlepšiť verejnú bezpečnosť.