Looduspositiivse tee kavandamine säästva energia tuleviku poole

Läheneval ÜRO kliimamuutuste konverentsil (COP27), mis toimub novembris Egiptuses, keskendutakse ülemaailmsete kliimaeesmärkide saavutamiseks vajalikele teedele. Majanduse kiire süsinikdioksiidiheite vähendamine on kliima stabiliseerimisel, sealhulgas nullenergia süsteemide saavutamisel aastaks 2050, kesksel kohal. Kuid kuna maailm seisab silmitsi ka looduse/bioloogilise mitmekesisuse kriisiga ja püüab saavutada mitmeid arengueesmärke, peavad need teed arvestama nende mõju keskkonnale. kooslused ja ökosüsteemid; kliima stabiliseerimine peaks püüdma olla kooskõlas Maa elu toetavate süsteemide säilitamisega.

Mitmed prognoosid selle kohta, mida on vaja energiasüsteemide saavutamiseks, mis on kooskõlas 1.5° C kliimaeesmärgil on globaalse hüdroenergia võimsuse kahekordistamine, nt Rahvusvaheline Energiaagentuur (IEA) ja Rahvusvaheline Taastuvenergia Agentuur (IRENA). Kuigi see on väiksem proportsionaalne kasv kui teiste taastuvate energiaallikate puhul, nagu tuule- ja päikeseenergia, mis prognooside kohaselt suurenevad enam kui kakskümmend korda, tähendab globaalse hüdroenergia võimsuse kahekordistumine sellegipoolest suure infrastruktuuri dramaatilist laienemist, mis mõjutab maailma jõgesid – ja kasu, mida nad pakuvad ühiskondadele ja majandustele mageveepüügist, mis toidab sadu miljoneid inimesi üleujutuste leevendamiseks ja stabiilsete deltade jaoks.

Vaid üks kolmandik maailma suurimatest jõgedest on endiselt vabavooluline – ja globaalse hüdroenergia võimsuse kahekordistamine tooks kaasa umbes poolte neist tammimise, tekitades samal ajal vähem kui 2% vajalikust taastuvenergia tootmisest 2050. aastal.

Peaaegu kõik uued energiaprojektid, sealhulgas tuule- ja päikeseenergia projektid, avaldavad mõningaid negatiivseid mõjusid, kuid suuremat tüüpi ökosüsteemi – suurte, vabalt voolavate jõgede – kadu. toob kaasa suuri kompromisse inimeste ja looduse jaoks globaalsel tasandil. Sellisena väärib hüdroenergia laiendamine eriti hoolikat planeerimist ja otsuste tegemist. Siin uurin mõningaid olulisi küsimusi, mis on olulised hüdroenergia hindamiseks, sealhulgas küsimusi, mida sageli valesti mõistetakse.

Väikest hüdroenergiat peetakse sageli säästvaks või väikese mõjuga, aga sageli see nii ei ole. Väikest hüdroenergiat ei määratleta järjekindlalt (nt mõned riigid klassifitseerivad väikese hüdroenergia alla 50 MW), kuid sageli liigitatakse see projektide alla 10 MW. Kuna sageli eeldatakse, et sellise suurusega projektidel on keskkonnale väike mõju, saavad väikesed hüdroenergiaprojektid sageli stiimuleid või toetusi ja/või saavad kasu piiratud keskkonnaülevaatest. Väikeste hüdroenergia tammide levik võib aga põhjustada märkimisväärseid kumulatiivseid mõjusid. Lisaks võib isegi väike projekt eriti halvas asukohas põhjustada üllatavalt suuri negatiivseid mõjusid.

Jõevoolu hüdroenergiat esitatakse sageli piiratud negatiivse mõjuga, kuid mõned tammid, millel on suurim mõju jõgedele, on jõevoolu tammid. Jõepaisud ei säilita vett pikka aega; projekti sissevoolava vee hulk on sama suur kui projektist välja voolav kogus – vähemalt igapäevaselt. Jõejooksuprojektid suudavad aga koguda kogu päeva jooksul, kui nad töötavad "hüdropeigutamiseks", säilitades vett kogu päeva ja vabastades seda mõne tunni jooksul, kui nõudlus on tipptasemel. See töörežiim võib avaldada suurt negatiivset mõju allavoolu jõgede ökosüsteemidele. Kuna jõgede tammidel ei ole suuri reservuaare, ei avalda need inimestele ja jõgedele suurt mõju, mis on seotud suurte reservuaaridega, sealhulgas koosluste ulatuslikku ümberpaiknemist ja jõgede hooajaliste voolumustrite häireid. Kuid need erinevused toovad liiga sageli kaasa ulatuslikumad üldistused, et jõgede vooluprojektid ei mõjuta jõgesid – või isegi see, et jõejooksu hüdroenergia ei vaja tammi. Kuigi mõned jõejooksuprojektid ei sisalda tammi kogu kanali ulatuses, on paljude suurte jõejooksuprojektide jaoks vaja tammi, mis killustab jõekanali (vt fotot allpool). See sobimatu üldistus muutub eriti problemaatiliseks, kui projekti pooldajad osutavad selle jõevoolu staatusele kui lühisõnale, väites, et sellel on minimaalne mõju. Seda "kiiret üldistust" kasutasid Mekongi jõe Xayaboury tammi pooldajad, millel on suur mõju nii kalade rändele kui ka allavoolu delta jaoks vajalike setete püüdmisele.

Kui hüdroenergia tammide keskkonnaülevaated keskenduvad sageli kohalikele tingimustele, võivad negatiivsed mõjud avalduda isegi sadade kilomeetrite kaugusel tammist. Kui hüdroenergia tammid blokeerivad rändkalade liikumist, võivad need avaldada negatiivset mõju ökosüsteemidele kogu vesikonna ulatuses, nii paisu üles- kui allavoolu. Ja kuna rändkalad on sageli mageveepüügis kõige olulisemad panustajad, avaldab see negatiivset mõju inimestele, isegi neile, kes võivad elada tammist sadade kilomeetrite kaugusel. Hüdroenergia tammid on olnud peamine panus rändkalade ülemaailmne dramaatiline kadu alates 76. aastast langenud 1970%., millel on kõrgetasemelised näited, nagu Columbia ja Mekongi jõgi. Teine pikamaamõju on sete. Jõgi on midagi enamat kui veevool, see on ka setete voog, näiteks muda ja liiv. Jõed ladestavad selle sette ookeani sisenedes, luues delta. Deltad võivad olla äärmiselt tootlikud – nii põllumajanduse kui ka kalanduse jaoks – ning praegu elab üle 500 miljoni inimese üle maailma, sealhulgas Niiluse, Gangese, Mekongi ja Jangtse deltadel. Kui aga jõgi veehoidlasse siseneb, aeglustub vool märgatavalt ning suur osa setetest langeb välja ja jääb tammi taha kinni. Veehoidlad hõivavad praegu ligikaudu veerandi ülemaailmsest aastasest setete voost –muda ja liiv, mis muidu aitaksid säilitada deltasid erosiooni ja merepinna tõusu tingimustes. Mõned olulised deltad, nagu Niilus, on nüüdseks kaotanud enam kui 90% settevarust ning vajuvad ja kahanevad. Seega võivad hüdroenergia tammid avaldada olulist mõju olulistele ressurssidele suurtes vesikondades, sealhulgas ülemaailmselt olulised toiduvarud, kuid liiga sageli keskendub hüdroenergiaprojektide keskkonnaülevaade peamiselt kohalikele mõjudele.

Kalade läbipääs paisude ümber on harva leevendanud tammide negatiivset mõju siirdekaladele. Kalade läbipääs, näiteks kalatrepid või isegi liftid, on tammide jaoks levinud leevendusnõue. Kalade läbipääs arendati algselt välja jõgedel, kus olid võimsad ujuvad ja hüppavad kalaliigid, näiteks lõhe, kuid praegu lisatakse läbipääsustruktuure suurte troopiliste jõgede (nt Mekong või Amazonase lisajõed) tammidele, kuigi andmeid on väga vähe. või näiteid kalapääsu toimimisest nendes jõgedes. A 2012. aasta ülevaade kõigist eelretsenseeritud uuringutest kalade läbipääsu kohta leidis, et kalade läbipääs toimis lõhe puhul palju paremini kui muud tüüpi kalade puhul; Keskmiselt on struktuuride edukus lõhede ülesvoolu ujumisel 62%. See arv võib tunduda suur, kuid enamik kalu peab navigeerima mitmel tammil järjest; isegi suhteliselt kõrge 62% õnnestumisprotsent igal paisul läbiks vähem kui veerand lõhedest edukalt kolm paisu. Mittelõhe puhul oli edukus 21% – isegi kahe paisu korral on edukad vaid 4% rändel olevatest kaladest (vt allpool). Lisaks vajab enamik kalu ka allavoolu rännet, vähemalt vastsete või noorkalade puhul, ja allavoolu läbimise kiirus on sageli veelgi väiksem.

Hüdroenergia ei ole enam odavaim taastuvenergia tootmise tehnoloogia. Viimastel aastakümnetel on tuuleenergia hind langenud umbes ühe kolmandiku ja päikeseenergia hind 90% – ja see kulude vähenemine näib jätkuvat. Vahepeal hüdroenergia keskmine maksumus on viimase kümnendi jooksul mõnevõrra tõusnud, nii et maismaatuuleenergia on muutunud taastuvate energiaallikate hulgas madalaimaks keskmiseks kuluks. Kuigi selle keskmine maksumus on endiselt pisut kõrgem kui hüdroenergia, on päikeseenergia projektid praegu püstitas järjekindlalt madalaima hinnaga energiaprojekti rekordit.

Hüdroenergial on suurte taristuprojektide seas kõige rohkem viivitusi ja kulude ületamist. EY uuring näitas, et 80 protsendil hüdroenergiaprojektidest esines kulude ületamist, keskmiselt 60 protsenti. Mõlemad proportsioonid olid nende uuringus hõlmatud suurte infrastruktuuriprojektide, sealhulgas fossiil- ja tuumaelektrijaamade, veeprojektide ja avamere tuuleprojektide hulgas kõrgeimad. Uuringus leiti ka, et 60 protsendil hüdroenergiaprojektidest esines viivitusi keskmise viivitusega peaaegu kolm aastat, mida ületasid vaid söeprojektid, mille keskmine viivitus oli veidi pikem.

Hüdroenergia võib pakkuda kindlat energiatootmist või -salvestust, toetades muutuvaid taastuvaid energiaallikaid, nagu tuul ja päike….

Tuul ja päike on juba igal aastal lisanduva uue põlvkonna juhtiv vorm ning prognoosid näevad ette vähese COXNUMX-heitega võrke, kus tuul ja päike on domineerivad energiatootmise vormid. Aga stabiilsed võrgud vajavad rohkem kui tuul ja päike, nad vajavad ka kindlat generatsiooni kombinatsiooni ja salvestusruum, mis tasakaalustab võrke perioodidel – minutitest nädalateni –, kui nende ressursside saadavus väheneb. Paljudes võrkudes on hüdroenergia nende tehnoloogiate hulgas, mis suudavad pakkuda kindlat energiat. Üks hüdroenergia tüüp – pumbaga hüdroenergia (PSH) – on praegu domineeriv kommunaalteenuste skaala võrkudes salvestamise vorm (umbes 95%). PSH projektis pumbatakse vett ülesmäge, kui võimsust on küllaga, ja hoitakse ülemises reservuaaris. Kui voolu on vaja, voolab vesi allamäge tagasi alumisse reservuaari, genereerides elektrivõrku.

…kuid neid teenuseid saab sageli osutada ilma vabalt voolavate jõgede täiendava kadumiseta. Võrgu laiendamise võimalustele keskendunud uuringud on näidanud, et riigid suudavad sageli rahuldada tulevase elektrinõudluse vähese COXNUMX-heitega lahendustega, mis väldivad uute tammide rajamist vabalt voolavatele jõgedele. suuremad investeeringud tuule- ja päikeseenergiasse, et asendada hüdroenergiat suure negatiivse mõjuga või läbi uue hüdroenergia hoolikas paigutus mis väldib tammide teket suurematel vabalt voolavatel jõgedel või kaitsealadel. Lisaks saab pumbaga akumulatsiooniprojekti kaks reservuaari ehitada jõgedest eemal asuvatesse kohtadesse ja juhtida vett nende vahel edasi-tagasi. Austraalia riikliku ülikooli teadlased kaardistasid 530,000 XNUMX asukohta üle maailma sobiva topograafiaga, et toetada kanaliväliseid pumpsalve, millest on vaja vaid väikest osa, et tagada piisav kogus taastuvenergiat kasutavatele võrkudele kogu maailmas. Olemasolevad veehoidlad või muud funktsioonid nagu mahajäetud kaevanduskaevudest saab kasutada ka pumbajaamade projektides.

Mitte kõik kliimaeesmärkidega kooskõlas olevad globaalsed stsenaariumid ei hõlma hüdroenergia kahekordistamist. Kuigi mitmed silmapaistvad organisatsioonid (nt IEA ja IRENA), mis modelleerivad seda, kuidas tulevased elektrisüsteemid võivad olla kooskõlas kliimaeesmärkidega, hõlmavad ülemaailmse hüdroenergia võimsuse kahekordistamist, ei tee seda kõik sellised stsenaariumid. Näiteks kui IEA ja IRENA mudelid sisaldavad 1200. aastaks vähemalt 2050 GW uut hüdroenergia võimsust, siis valitsustevahelise kliimamuutuste paneeli (IPCC) kasutatud stsenaariumite hulgas, mis on kooskõlas 1.5.° C-eesmärk, ligikaudu veerand neist sisaldas vähem kui 500 GW uut hüdroenergiat. Samamoodi on Üks Maa kliimamudel, mis on samuti kooskõlas 1.5° C-eesmärk sisaldab 300. aastaks ainult umbes 2050 GW uut hüdroenergiat.

Hüdroenergia tootmine võib laieneda ilma uute tammideta Elektrisüsteemid võivad lisada hüdroenergia tootmist uusi hüdroenergia tamme lisamata kahel peamisel viisil: (1) olemasolevate hüdroenergiaprojektide moderniseerimine kaasaegsete turbiinide ja muude seadmetega; ja (2) turbiinide lisamine elektrita tammidele. A USA energeetikaministeeriumi uuring leidis, et õigete rahaliste stiimulite korral võivad need kaks lähenemisviisi lisada USA hüdroenergia laevastikule 11 GW hüdroenergiat, mis on 14% rohkem kui praegune võimsus. Kui sarnane potentsiaal oleks saadaval ka teistes maailma riikides, moodustab see rohkem kui poole ülemaailmsest hüdroenergia lisavõimsusest, mis sisaldub Üks Maa kliimamudel 2050. aastaks. Lisaks võib "ujuva päikeseenergia" projektide lisamine hüdroelektrijaamade tammide taga asuvatele veehoidlatele, mis katavad vaid 10% nende pinnast, 4,000 GW uut võimsust, mis on võimeline tootma ligikaudu kaks korda rohkem energiat kui kogu hüdroenergiast tänapäeval toodetakse.

Hüdroenergia on kliimamuutuste suhtes haavatav, rõhutades mitmekesiste võrkude väärtust. Ma olin uuringu juhtiv autor mis leidis, et aastaks 2050 on 61 protsenti kõigist ülemaailmsetest hüdroenergia tammidest basseinides, kus on väga suur või äärmuslik põua-, üleujutus- või mõlema oht. Aastaks 2050 on üks viiest olemasolevast hüdroelektrijaama tammist kliimamuutuste tõttu kõrge üleujutusriskiga piirkondades, praegu on see 1:5. A õppida Loodus kliimamuutuste ennustas, et kuni kolmveerand hüdroenergiaprojektidest kogu maailmas on selle sajandi keskpaigaks kliimast tingitud hüdroloogiamuutuste tõttu tootmist vähenenud. Hüdroenergiast väga sõltuvad riigid on põua suhtes tundlikud ja paljudes piirkondades see oht suureneb. Näiteks hüdroenergia tagab peaaegu kogu elektri Sambia jaoks ja 2016. aasta põud Lõuna-Aafrikas põhjustas Sambia riikliku elektritootmise vähenemise 40 võrra%, põhjustades tohutuid majandushäireid ja kahjusid. See haavatavus rõhutab võrkudes mitmekesiste tootmisallikate väärtust.

Hüdroenergia ei ole alati vaieldav, ühisosa võib leida. Kuigi looduskaitseorganisatsioonidel ja hüdroenergiasektoril on sageli olnud vaidlusi, võib leida ühisosa. Näiteks Ameerika Ühendriikides moodustasid hüdroenergia sektori esindajad, sealhulgas National Hydropower Association (NHA) ja mitmed looduskaitseorganisatsioonid.Harvaesinev dialoog hüdroenergia jaoks” (täielik avalikustamine: esindasin selles dialoogis oma organisatsiooni World Wildlife Fund-USA). Uncommon Dialogues osalejad nõustusid, et hüdroenergial on kestliku energia tuleviku jaoks võtmeroll ning et USA jõgede kaitse ja taastamine peaks olema prioriteet. Uncommon Dialogues osalejad toetasid selle ühise visiooniga kooskõlas olevaid õigusakte ja eelmisel aastal allkirjastatud infrastruktuuri seaduseelnõu sisaldas 2.3 miljardit USA dollarit hüdroenergia võimsuse suurendamiseks ilma uusi tamme lisamata. (läbi moderniseerimise ja elektrita tammide toiteks) ning vananevate tammide eemaldamiseks jõgede taastamiseks ja avaliku ohutuse parandamiseks.