Планаванне прыроднага пазітыўнага шляху да ўстойлівай энергетычнай будучыні

Набліжаецца Канферэнцыя ААН па змяненні клімату (COP27), якая адбудзецца ў Егіпце ў лістападзе, засяродзіць увагу на шляхах, неабходных для дасягнення глабальных кліматычных мэтаў. Хуткая дэкарбанізацыя эканомік з'яўляецца цэнтральнай для стабілізацыі клімату, уключаючы дасягненне сістэм з нулявым чыстым энергазабеспячэннем да 2050 г. Але з улікам таго, што свет таксама сутыкаецца з крызісам прыроды/біяразнастайнасці і імкнецца дасягнуць шэрагу мэт у галіне развіцця, гэтыя шляхі павінны ўлічваць свой уплыў на супольнасці і экасістэмы; стабілізацыя клімату павінна быць узгоднена з захаваннем сістэм жыццезабеспячэння Зямлі.

Некалькі прагнозаў таго, што неабходна для дасягнення энергасістэм, якія адпавядаюць 1.5° C кліматычнай мэтай з'яўляецца падваенне магутнасці глабальнай гідраэнергетыкі, напрыклад, з Міжнароднае энергетычнае агенцтва (IEA) і Міжнароднае агенцтва па аднаўляльнай энергіі (ІРЭНА). Нягледзячы на ​​тое, што гэта меншае прапарцыйнае павелічэнне, чым іншыя аднаўляльныя крыніцы энергіі, такія як вецер і сонечная фотаэлектрыка, якія, паводле прагнозаў, павялічацца больш чым у дваццаць разоў, падваенне магутнасці глабальнай гідраэнергетыкі, тым не менш, азначае рэзкае пашырэнне асноўнай інфраструктуры, што паўплывае на рэкі свету - і разнастайныя перавагі, якія яны даюць грамадствам і эканомікам, ад прэснаводнага рыбалоўства, якое корміць сотні мільёнаў, да змякчэння наступстваў паводак і стабільных дэльт.

Толькі адна траціна найбуйнейшых рэк свету застаецца свабоднай – і падваенне глабальнай гідраэнергетычнай магутнасці прывядзе да перакрыцця плацінамі прыкладна паловы з іх, пры гэтым выпрацуючы менш 2% патрэбнай аднаўляльнай генерацыі ў 2050 годзе.

Амаль усе новыя энергетычныя праекты, уключаючы ветравую і сонечную энергетыку, прывядуць да некаторых негатыўных наступстваў, але страты асноўнага тыпу экасістэмы - вялікіх, свабодна цякучых рэк - у такім маштабе будзе мець вялікія кампрамісы для людзей і прыроды на сусветным узроўні. Такім чынам, пашырэнне гідраэнергетыкі патрабуе асабліва ўважлівага планавання і прыняцця рашэнняў. Тут я разглядаю некаторыя асноўныя пытанні, важныя для ацэнкі гідраэнергетыкі, у тым ліку пытанні, якія часта няправільна разумеюць.

Малая гідраэнергетыка часта лічыцца ўстойлівай або малаўплывовай, але гэта часта не так. Малая гідраэнергетыка не вызначаецца паслядоўна (напрыклад, некаторыя краіны класіфікуюць «малую гідраэнергетыку» як што-небудзь магутнасцю да 50 МВт), але яе часта адносяць да праектаў магутнасцю менш за 10 МВт. Паколькі часта мяркуецца, што праекты такога памеру аказваюць нязначнае ўздзеянне на навакольнае асяроддзе, праекты малых ГЭС часта атрымліваюць стымулы або субсідыі і/або карыстаюцца абмежаванай экалагічнай экспертызай. Аднак распаўсюджванне плацін малых гідраэлектрастанцый можа выклікаць значныя кумулятыўныя наступствы. Акрамя таго, нават невялікі праект у асабліва дрэнным месцы можа выклікаць дзіўна вялікія негатыўныя наступствы.

Таксама часта падаецца, што праточная гідраэнергетыка мае абмежаваны негатыўны ўплыў, але некаторыя з плацін з найбольшым уздзеяннем на рэкі - гэта руславыя. Рэчныя плаціны не захоўваюць ваду на працягу доўгага перыяду часу; колькасць вады, якая паступае ў праект, такая ж, як і колькасць, якая выцякае з праекта - прынамсі штодня. Тым не менш, руславыя праекты могуць назапашваць ваду на працягу дня, калі яны працуюць для «гідрапіка», захоўваючы ваду на працягу дня і выпускаючы яе на працягу некалькіх гадзін пікавага попыту. Такі рэжым працы можа выклікаць сур'ёзныя негатыўныя наступствы для экасістэм у ніжнім цячэнні рэк. Паколькі руславыя плаціны не маюць вялікіх вадасховішчаў, яны не выклікаюць некаторых з асноўных уздзеянняў на людзей і рэкі, звязаных з вялікімі вадасховішчамі, у тым ліку буйнамаштабнага перамяшчэння суполак і збояў у сезонным рэжыме плыні рэк. Але гэтыя адрозненні занадта часта прыводзяць да больш шырокіх абагульненняў, што праекты па руславым канале не ўплываюць на рэкі - ці нават тая рачная гідраэлектрастанцыя не патрабуе плаціны. У той час як некаторыя руславыя праекты не ўключаюць у сябе плаціну праз увесь канал, многія буйныя руславыя праекты патрабуюць плаціны, якая разбівае рэчышча ракі (гл. фота ніжэй). Такое недарэчнае абагульненне становіцца асабліва праблематычным, калі прыхільнікі праекта ўказваюць на яго парусны статус як на скарочанае, сцвярджаючы, што ён будзе мець мінімальнае ўздзеянне. Гэта «паспешлівае абагульненне» было выкарыстана прыхільнікамі плаціны Шаябуры на рацэ Меконг, якая аказвае сур'ёзны ўплыў як на міграцыю рыбы, так і на захоп адкладаў, неабходных для дэльты ніжэй па цячэнні.

Хаця экалагічныя агляды плацін гідраэлектрастанцый часта сканцэнтраваны на мясцовых умовах, негатыўнае ўздзеянне можа выяўляцца нават за сотні кіламетраў ад плаціны. Калі плаціны гідраэлектрастанцый блакуюць рух мігруючай рыбы, яны могуць выклікаць негатыўны ўплыў на экасістэмы ва ўсім басейне ракі, як уверх, так і ўніз па цячэнні ад плаціны. І паколькі пералётная рыба часта з'яўляецца адным з найбольш важных удзельнікаў прэснаводнага рыбалоўства, гэта азначае негатыўны ўплыў на людзей, нават тых, хто можа жыць за сотні кіламетраў ад пляціны. Галоўны ўклад унеслі плаціны гідраэлектрастанцый да драматычных глабальных страт мігруючых рыб, якія маюць скараціўся на 76% з 1970 г, з такімі гучнымі прыкладамі, як рэкі Калумбія і Меконг. Другі ўдар на вялікай адлегласці - гэта ападкі. Рака - гэта больш, чым паток вады, гэта таксама паток ападкаў, напрыклад глею і пяску. Рэкі адкладаюць гэты адклад, калі ўваходзяць у акіян, ствараючы дэльту. Дэльты могуць быць надзвычай прадуктыўнымі — як для сельскай гаспадаркі, так і для рыбалоўства — і цяпер больш за 500 мільёнаў чалавек жывуць у дэльтах па ўсім свеце, у тым ліку ў дэльтах Ніла, Ганга, Меконга і Янцзы. Аднак, калі рака ўпадае ў вадасховішча, плынь значна запавольваецца, і вялікая частка наносаў выпадае і аказваецца «ў пастцы» за плацінай. Вадасховішчы цяпер захопліваюць прыкладна адну чвэрць сусветнага гадавога патоку ападкаў—глею і пяску, якія ў адваротным выпадку дапамаглі б захаваць дэльты перад тварам эрозіі і павышэння ўзроўню мора. Некаторыя ключавыя дэльты, такія як Ніл, цяпер страцілі больш за 90% запасаў наносаў і цяпер апускаюцца і скарачаюцца. Такім чынам, плаціны гідраэлектрастанцый могуць мець сур'ёзны ўплыў на ключавыя рэсурсы ў басейнах вялікіх рэк, у тым ліку сусветна важныя харчовыя запасы, але занадта часта экалагічная экспертыза гідраэнергетычных праектаў засяроджваецца ў першую чаргу на мясцовых уздзеяннях.

Праход рыбы вакол плацін рэдка змякчаў негатыўны ўплыў плацін на мігруючую рыбу. Праходы для рыбы, такія як рыбныя лесвіцы ці нават ліфты, з'яўляюцца агульным патрабаваннем для змякчэння наступстваў плацін. Першапачаткова праходы для рыбы былі распрацаваны на рэках, якія мелі магутныя віды рыб, якія плаваюць і скачуць, напрыклад, ласось, але цяпер збудаванні дадаюцца да плацін на буйных трапічных рэках, такіх як Меконг або прытокі Амазонкі, хоць ёсць вельмі абмежаваныя дадзеныя або прыклады таго, як працуе рыбны праход у гэтых рэках. А Агляд 2012 года ўсіх рэцэнзаваных даследаванняў прадукцыйнасці праходжання рыб выявілі, што для ласося праходжанне рыбы значна лепш, чым для іншых відаў рыбы; у сярэднім канструкцыі маюць 62% поспеху для плавання ласося ўверх па плыні. Гэта колькасць можа здацца вялікай, але большасць рыб павінны перамяшчацца па некалькіх плацінах запар; нават пры адносна высокім узроўні поспеху ў 62% на кожнай плаціне, менш за чвэрць ласося паспяхова пераадолее тры плаціны. Для не-ласося ўзровень поспеху склаў 21% - нават з дзвюма плацінамі толькі 4% мігруючых рыб будуць паспяховымі (гл. ніжэй). Акрамя таго, большасць рыб таксама патрабуе міграцыі ўніз па плыні, па меншай меры, для лічынак або маладых рыб, і хуткасць праходжання ўніз па плыні часта нават ніжэй.

Гідраэнергія больш не з'яўляецца самай нізкай коштам аднаўляльнай тэхналогіі вытворчасці. За апошнія дзесяцігоддзі кошт ветру знізіўся прыкладна на адну траціну, а кошт сонечнай энергіі знізіўся на 90% - і падобнае зніжэнне кошту, верагодна, працягнецца. тым часам, сярэдні кошт гідраэнергіі некалькі вырас за апошняе дзесяцігоддзе, так што наземны вецер цяпер стаў самым нізкім сярэднім коштам сярод аднаўляльных крыніц энергіі. Нягледзячы на ​​тое, што яе сярэдні кошт усё яшчэ крыху вышэй, чым гідраэнергетыкі, цяпер сонечныя праекты паслядоўна ўсталёўваць рэкорд для самага нізкага кошту энергетычнага праекта.

Сярод буйных інфраструктурных праектаў гідраэнергетыка сапраўды мае найбольшую частату затрымак і перарасходу. Даследаванне, праведзенае EY, паказала, што 80 працэнтаў гідраэнергетычных праектаў сутыкнуліся з перарасходам выдаткаў, у сярэднім на 60 працэнтаў. Абедзве гэтыя прапорцыі былі самымі высокімі сярод тыпаў буйных інфраструктурных праектаў у іх даследаванні, уключаючы выкапнёвыя і атамныя электрастанцыі, водныя праекты і марскія ветравыя праекты. Даследаванне таксама паказала, што 60 працэнтаў гідраэнергетычных праектаў сутыкнуліся з затрымкамі з сярэдняй затрымкай амаль на тры гады, перавышаючы толькі вугальныя праекты, якія мелі крыху большыя сярэднія затрымкі.

Гідраэнергія можа забяспечыць стабільную выпрацоўку або захоўванне энергіі ў падтрымку зменных аднаўляльных крыніц энергіі, такіх як вецер і сонца…

Вецер і сонца ўжо з'яўляюцца вядучай формай новай генерацыі, якая дадаецца кожны год, і прагнозы прадугледжваюць нізкавугляродныя сеткі, дзе вецер і сонца з'яўляюцца дамінуючымі формамі генерацыі. Але стабільным сеткам спатрэбіцца больш, чым ветравая і сонечная, ім таксама спатрэбіцца некаторая камбінацыя цвёрдай генерацыі і сховішча, якое будзе балансаваць сеткі на працягу перыядаў - ад хвілін да тыдняў - калі даступнасць гэтых рэсурсаў падае. У многіх сетках гідраэнергія ўваходзіць у лік тэхналогій, якія могуць забяспечыць стабільную энергію. Адзін з відаў гідраэнергетыкі — помпава-акумулюючая гідраэлектрастанцыя (PSH) — у цяперашні час з'яўляецца дамінуючай формай назапашвання энергіі ў сетках (каля 95%). У праекце PSH вада перапампоўваецца ў гару, калі энергіі дастаткова і захоўваецца ў верхнім рэзервуары. Калі патрабуецца электраэнергія, вада цячэ назад уніз да ніжняга рэзервуара, выпрацоўваючы электрычнасць для сеткі.

...але гэтыя паслугі часта могуць быць прадастаўлены без далейшай страты свабодна цякучых рэк. Даследаванне, засяроджанае на варыянтах пашырэння электрасеткі, паказала, што краіны часта могуць задаволіць будучы попыт на электраэнергію з дапамогай варыянтаў з нізкім утрыманнем вугляроду, якія пазбягаюць новых плацін на рэках са свабоднай плынню, альбо праз павелічэнне інвестыцый у ветравую і сонечную энергію замест гідраэнергіі з вялікімі негатыўнымі ўздзеяннямі або праз дбайнае размяшчэнне новай гідраэлектрастанцыі што дазваляе пазбегнуць будаўніцтва плацін на буйных сыпных рэках або ў ахоўных зонах. Акрамя таго, два вадасховішчы гідраагрэгата могуць быць пабудаваны ў месцах далей ад рэк і цыркулююць ваду туды-сюды паміж імі. Даследчыкі з Аўстралійскага нацыянальнага ўніверсітэта склалі карту 530,000 XNUMX месцаў па ўсім свеце з адпаведнай тапаграфіяй для падтрымкі пазаканальных помпавых назапашвальнікаў, прычым толькі невялікая доля патрэбна для забеспячэння дастатковага сховішча для сетак па ўсім свеце, дзе дамінуюць аднаўляльныя крыніцы энергіі. Існуючыя вадаёмы або іншыя асаблівасці, такія як закінутыя шахты можа таксама выкарыстоўвацца ў праектах помпавых акумулятараў.

Не ўсе глабальныя сцэнарыі, якія адпавядаюць кліматычным мэтам, уключаюць падваенне гідраэнергетыкі. Нягледзячы на ​​тое, што некалькі вядомых арганізацый (напрыклад, МЭА і IRENA), якія мадэлююць, як будучыя энергасістэмы могуць адпавядаць кліматычным мэтам, уключаюць падваенне глабальнай гідраэнергетычнай магутнасці, не ўсе такія сцэнары падыходзяць. Напрыклад, у той час як мадэлі МЭА і IRENA ўключаюць па меншай меры 1200 ГВт новых гідраэнергетычных магутнасцей да 2050 г., сярод сцэнарыяў, якія выкарыстоўваюцца Міжурадавай групай экспертаў па змяненні клімату (IPCC), якія адпавядаюць 1.5° C, прыкладна адна чвэрць з іх уключала менш за 500 ГВт новай гідраэнергетыкі. Сапраўды гэтак жа Адзіная мадэль клімату Зямлі, таксама адпавядае 1.5° Мэта C уключае толькі каля 300 ГВт новай гідраэнергетыкі да 2050 года.

Выпрацоўка гідраэлектраэнергіі можа пашырацца без новых плацін Энергасістэмы могуць дадаць вытворчасць гідраэнергіі без дадання новых гідраэлектрастанцый двума асноўнымі спосабамі: (1) мадэрнізацыя існуючых гідраэнергетычных праектаў сучаснымі турбінамі і іншым абсталяваннем; і (2) даданне турбін да плацін без электраэнергіі. А даследаванне Міністэрства энергетыкі ЗША выявілі, што пры належных фінансавых стымулах гэтыя два падыходы могуць дадаць 11 ГВт гідраэнергіі флоту гідраэлектрастанцый ЗША, павялічыўшыся на 14% ад сённяшняй магутнасці. Калі б аналагічны патэнцыял быў даступны ў іншых краінах па ўсім свеце, гэта ўяўляе сабой больш за палову дадатковых сусветных гідраэнергетычных магутнасцей, уключаных у Адзіная мадэль клімату Зямлі да 2050 г. Акрамя таго, даданне «плаваючых сонечных» праектаў на вадасховішчах за плацінамі гідраэлектрастанцый, якія ахопліваюць толькі 10% іх паверхні, магло б дадаць 4,000 ГВт новых магутнасцей, здольная выпрацоўваць прыкладна ўдвая больш энергіі, чым выпрацоўваецца ўсімі сучаснымі гідраэлектрастанцыямі.

Гідраэнергетыка ўразлівая да змены клімату, што падкрэслівае каштоўнасць дыверсіфікаваных сетак. Я быў вядучы аўтар даследавання які выявіў, што да 2050 года 61 працэнт усіх глабальных плацін гідраэлектрастанцый будзе знаходзіцца ў басейнах з вельмі высокай або надзвычайнай рызыкай засух, паводак або таго і іншага. Да 2050 года 1 з 5 існуючых плацін гідраэлектрастанцый будзе знаходзіцца ў раёнах з высокай рызыкай паводак з-за змены клімату, у параўнанні з 1 з 25 сёння. А вучыцца ў Змена клімату прыроды прагназаваў, што да трох чвэрцяў гідраэнергетычных праектаў ва ўсім свеце будзе зніжана выпрацоўка з-за кліматычных зрухаў у гідралогіі да сярэдзіны гэтага стагоддзя. Краіны, якія ў значнай ступені залежаць ад гідраэнергетыкі, уразлівыя да засухі, і ў многіх рэгіёнах гэтая рызыка ўзрасце. Напрыклад, гідраэнергія забяспечвае амаль усю электраэнергію для Замбіі і засухі 2016 года на поўдні Афрыкі прывяло да таго, што нацыянальная вытворчасць электраэнергіі ў Замбіі скарацілася на 40%, выклікаючы велізарныя эканамічныя зрывы і страты. Гэтая ўразлівасць падкрэслівае каштоўнасць дыверсіфікаваных крыніц генерацыі ў сетках.

Гідраэнергетыка не заўсёды выклікае спрэчкі, паразуменне можна знайсці. Хаця прыродаахоўныя арганізацыі і гідраэнергетычны сектар часта мелі спрэчныя адносіны, агульную мову можна знайсці. Напрыклад, у Злучаных Штатах прадстаўнікі гідраэнергетычнага сектара, у тым ліку Нацыянальная асацыяцыя гідраэнергетыкі (NHA), і некалькі прыродаахоўных арганізацый стварылі “Незвычайны дыялог для гідраэнергетыкі” (поўнае раскрыццё інфармацыі: у гэтым дыялогу я прадстаўляў сваю арганізацыю, Сусветны фонд дзікай прыроды ЗША). Удзельнікі Uncommon Dialogue пагадзіліся з тым, што гідраэнергетыка адыгрывае ключавую ролю ў будучыні ўстойлівай энергетыкі і што абарона і аднаўленне рэк у ЗША павінны быць прыярытэтам. Удзельнікі Uncommon Dialogue падтрымалі заканадаўства, якое адпавядае гэтаму агульнаму бачанню, і законапраект аб інфраструктуры, падпісаны ў мінулым годзе, уключаў 2.3 мільярда долараў ЗША на павелічэнне магутнасці гідраэнергетыкі без дадання новых плацін (шляхам мадэрнізацыі і сілкавання неэнергетычных плацін) і для выдалення старых плацін для аднаўлення рэк і павышэння грамадскай бяспекі.