Trasarea unei căi pozitive în natură către un viitor energetic durabil

Conferința ONU privind schimbările climatice (COP27) care se apropie, care va avea loc în Egipt în noiembrie, concentrează atenția asupra căilor necesare pentru atingerea obiectivelor climatice globale. O decarbonizare rapidă a economiilor este esențială pentru stabilizarea climei, inclusiv pentru realizarea sistemelor de energie net zero până în 2050. Dar, în condițiile în care lumea se confruntă, de asemenea, cu o criză a naturii/biodiversității și se străduiește să atingă un set de obiective de dezvoltare, aceste căi trebuie să ia în considerare impactul lor asupra comunități și ecosisteme; stabilizarea climei ar trebui să se străduiască să fie consecventă cu menținerea sistemelor de susținere a vieții Pământului.

Câteva dintre proiecțiile pentru ceea ce este necesar pentru a realiza sisteme de alimentare compatibile cu 1.5° Obiectivul climatic C prezintă o dublare a capacității hidroenergetice globale, cum ar fi cele de la Agenția Internațională pentru Energie (IEA) și Agenția internațională pentru energie regenerabilă (IRENA). Deși aceasta este o creștere proporțională mai mică decât alte surse regenerabile, cum ar fi eolianul și solarul PV, care se estimează că vor crește de peste douăzeci de ori, o dublare a capacității hidroenergetice globale reprezintă totuși o expansiune dramatică a infrastructurii majore care va afecta râurile lumii - și diversele râuri ale lumii. beneficiile pe care le oferă societăților și economiilor din pescuitul în apă dulce care hrănește sute de milioane pentru atenuarea inundațiilor și delte stabile.

Doar o treime din cele mai mari râuri ale lumii rămân cu curgere liberă – și o dublare a capacității hidroenergetice globale ar duce la îndiguirea a aproximativ jumătate dintre acestea, generând în același timp mai puțin de 2% din necesarul de generare din surse regenerabile în 2050.

Aproape toate proiectele energetice noi, inclusiv eoliene și solare, vor provoca unele impacturi negative, dar pierderi ale unui tip major de ecosistem - râuri mari, cu curgere liberă - la această scară va avea compromisuri majore pentru oameni și natură la nivel global. Ca atare, expansiunea hidroenergetică merită o planificare și o luare a deciziilor deosebit de atentă. Aici, examinez câteva aspecte majore relevante pentru evaluarea hidroenergiei, inclusiv aspecte care sunt adesea înțelese greșit.

Mica hidroenergie este adesea considerată a fi durabilă sau cu impact redus, dar de multe ori nu este cazul. Hidroenergia mică nu este definită în mod consecvent (de exemplu, unele țări clasifică „hidroenergie mică” ca orice putere de până la 50 MW), dar este adesea clasificată ca proiecte sub 10 MW. Deoarece proiectele de această dimensiune sunt adesea presupuse a avea un impact minor asupra mediului, proiectele hidroenergetice mici primesc adesea stimulente sau subvenții și/sau beneficiază de o evaluare limitată a mediului. Cu toate acestea, proliferarea micilor baraje hidroenergetice poate provoca impacturi cumulate considerabile. În plus, chiar și un proiect mic într-o locație deosebit de săracă poate provoca impacturi negative surprinzător de mari.

Energia hidroenergetică la cursul râului este adesea prezentată ca având un impact negativ limitat, dar unele dintre barajele cu cel mai mare impact asupra râurilor sunt baraje la scurgere. Barajele de curgere nu stochează apă pentru perioade lungi de timp; cantitatea de apă care curge în proiect este aceeași cu cantitatea care curge din proiect – cel puțin zilnic. Cu toate acestea, proiectele la cursul fluviului pot stoca într-o zi când funcționează pentru „hidropeaking”, stochând apa pe tot parcursul zilei și eliberând-o în câteva ore de cerere de vârf. Acest mod de operare poate provoca efecte negative majore asupra ecosistemelor fluviale din aval. Deoarece barajele de scurgere nu au rezervoare mari de stocare, ele nu provoacă unele dintre impacturile majore asupra oamenilor și râurilor asociate cu rezervoarele mari de stocare, inclusiv deplasarea la scară largă a comunităților și perturbările tiparelor sezoniere ale debitului râului. Dar aceste diferențe conduc prea adesea la generalizări mai ample că proiectele pe cursul fluviului nu au impact asupra râurilor - sau nici măcar acea hidroenergie la curs de râu nu necesită baraj. În timp ce unele proiecte de curgere a râului nu includ un baraj pe întreg canalul, multe proiecte mari de curgere a râului necesită un baraj care fragmentează un canal de râu (vezi fotografia de mai jos). Această generalizare inadecvată devine deosebit de problematică atunci când susținătorii unui proiect indică statutul său de curgere a râului ca prescurtare pentru a susține că va avea impacturi minime. Acea „generalizare grăbită” a fost folosită de susținătorii barajului Xayaboury de pe râul Mekong, care are un impact major atât asupra migrației peștilor, cât și asupra captării sedimentelor necesare din delta din aval.

În timp ce analizele de mediu ale barajelor hidroenergetice se concentrează adesea pe condițiile locale, efectele negative se pot manifesta chiar și la sute de kilometri distanță de un baraj. Atunci când barajele hidroenergetice blochează mișcarea peștilor migratori, ele pot provoca efecte negative asupra ecosistemelor de-a lungul întregului bazin hidrografic, atât în ​​amonte, cât și în aval de baraj. Și pentru că peștii migratori sunt adesea printre cei mai importanți contributori la pescuitul în apă dulce, acest lucru se traduce prin impacturi negative asupra oamenilor, chiar și asupra unora care pot trăi la sute de kilometri de un loc de baraj. Barajele hidroelectrice au contribuit principal la pierderi globale dramatice de pești migratori, care au a scăzut cu 76% din 1970, cu exemple de mare profil, cum ar fi râurile Columbia și Mekong. Un al doilea impact pe distanțe lungi este sedimentul. Un râu este mai mult decât un flux de apă, este și un flux de sedimente, cum ar fi nămol și nisip. Râurile depun acest sediment atunci când intră în ocean, creând o deltă. Deltele pot fi extrem de productive – atât pentru agricultură, cât și pentru pescuit – și peste 500 de milioane de oameni trăiesc acum în deltele din întreaga lume, inclusiv în cele ale Nilului, Gangelui, Mekong și Yangtze. Cu toate acestea, atunci când un râu intră într-un rezervor, curentul încetinește considerabil și o mare parte din sedimente cade și sunt „prinse” în spatele barajului. Acum, rezervoarele captează aproximativ un sfert din fluxul anual global de sedimente -nămol și nisip care, altfel, ar ajuta la menținerea deltelor în fața eroziunii și a creșterii nivelului mării. Unele delte cheie, cum ar fi Nilul, au pierdut acum mai mult de 90% din rezerva lor de sedimente și acum se scufundă și se micșorează. Astfel, barajele hidroenergetice pot avea un impact major asupra resurselor cheie din bazinele hidroenergetice mari, inclusiv provizii alimentare importante la nivel mondial, dar, prea des, revizuirea de mediu a proiectelor hidroenergetice se concentrează în primul rând pe impactul local.

Trecerea peștilor în jurul barajelor rareori a atenuat impactul negativ al barajelor asupra peștilor migratori. Trecerea peștilor, cum ar fi scări pentru pești sau chiar ascensoare, este o cerință comună de atenuare pentru baraje. Pasajul pentru pești a fost dezvoltat inițial pe râuri care aveau specii puternice de pești care înot și săritură, cum ar fi somonul, dar structurile de trecere sunt acum adăugate la barajele de pe râurile tropicale mari - cum ar fi Mekong sau afluenții Amazonului - deși există date foarte limitate. sau exemple despre cum funcționează pasajul peștilor în aceste râuri. A Revizuirea din 2012 a tuturor studiilor evaluate de colegi privind performanța trecerii peștilor a constatat că trecerea peștilor a funcționat mult mai bine pentru somon decât pentru alte tipuri de pește; în medie, structurile au o rată de succes de 62% pentru somonii care înoată în amonte. Acest număr poate părea mare, dar majoritatea peștilor trebuie să navigheze pe mai multe baraje la rând; chiar și cu rata de succes relativ mare de 62% la fiecare baraj, mai puțin de un sfert de somon ar trece cu succes de trei baraje. Pentru non-somon, rata de succes a fost de 21% – chiar și cu doar două baraje, doar 4% dintre peștii migratori vor avea succes (vezi mai jos). Mai mult, majoritatea peștilor necesită, de asemenea, migrație în aval, cel puțin pentru peștii larvari sau juvenili, iar rata de trecere în aval este adesea și mai mică.

Hidroenergia nu mai este cea mai ieftină tehnologie de generare a surselor regenerabile. În ultimele decenii, costul vântului a scăzut cu aproximativ o treime, iar costul energiei solare a scăzut cu 90% – iar aceste reduceri ale costurilor par să continue. Între timp, costul mediu al energiei hidroenergetice a crescut oarecum în ultimul deceniu, astfel încât vântul de pe uscat a devenit acum cel mai scăzut cost mediu dintre sursele regenerabile.. Deși costul său mediu este încă puțin mai mare decât energia hidroelectrică, proiecte solare acum a stabilit în mod constant recordul pentru proiectul energetic cu cel mai mic cost.

Hidroenergia are cea mai mare frecvență de întârzieri și depășiri de costuri dintre proiectele mari de infrastructură. Un studiu realizat de EY a constatat că 80% dintre proiectele hidroenergetice au suferit depășiri ale costurilor, cu o depășire medie de 60%. Ambele aceste proporții au fost cele mai mari dintre tipurile de proiecte mari de infrastructură din studiul lor, inclusiv centrale fosile și nucleare, proiecte de apă și proiecte eoliene offshore. Studiul a mai constatat că 60% dintre proiectele hidroenergetice au înregistrat întârzieri cu o întârziere medie de aproape trei ani, depășită doar de proiectele pe cărbune care au avut întârzieri medii puțin mai mari.

Hidroenergia poate oferi o generare sau stocare fermă de energie în sprijinul surselor regenerabile variabile, cum ar fi eolianul și solarul...

Eolianul și solarul sunt deja forma principală de nouă generație adăugată în fiecare an și previziunile prevăd rețele cu emisii scăzute de carbon în care eolianul și solarul sunt formele dominante de generare. Dar rețelele stabile vor avea nevoie de mai mult decât eolian și solar, vor avea nevoie și de o combinație de generare fermă și stocare care va echilibra rețelele în perioadele - de la minute la săptămâni - când disponibilitatea acestor resurse scade. În multe rețele, hidroenergia se numără printre tehnologiile care pot furniza energie fermă. Un tip de hidroenergie – hidroenergie cu stocare prin pompare (PSH) – este în prezent forma dominantă de stocare la scară de utilitate pe rețele (aproximativ 95%). Într-un proiect PSH, apa este pompată în sus atunci când puterea este abundentă și stocată într-un rezervor superior. Când este nevoie de energie, apa curge înapoi în jos în rezervorul inferior, generând energie electrică pentru rețea.

…dar aceste servicii pot fi adesea furnizate fără pierderi suplimentare de râuri cu curgere liberă. Cercetările axate pe opțiunile de extindere a rețelei au arătat că țările pot satisface adesea cererea viitoare de energie electrică cu opțiuni cu emisii scăzute de carbon care evită noi baraje pe râuri cu curgere liberă, fie prin investiții mai mari în energie eoliană și solară pentru a înlocui energia hidroelectrică cu impacturi negative mari sau prin amplasarea atentă a noii hidroenergii care evită dezvoltarea barajului pe râurile majore cu curgere liberă sau în zonele protejate. În plus, cele două rezervoare ale unui proiect de stocare prin pompare pot fi construite în locații departe de râuri și pot circula apa înainte și înapoi între ele. Cercetătorii de la Universitatea Națională Australiană au cartografiat 530,000 de locații din întreaga lume cu topografia adecvată pentru a susține stocarea prin pompare în afara canalului, fiind necesară doar o mică parte pentru a asigura stocare suficientă pentru rețelele dominate de surse regenerabile din întreaga lume. Rezervoare existente sau alte caracteristici precum cariere miniere abandonate poate fi folosit și în proiecte de depozitare prin pompare.

Nu toate scenariile globale în concordanță cu obiectivele climatice includ o dublare a energiei hidroelectrice. Deși, mai multe organizații importante (de exemplu, IEA și IRENA) care modelează modul în care sistemele energetice viitoare pot fi în concordanță cu obiectivele climatice includ o dublare a capacității hidroenergetice globale, nu toate astfel de scenarii o fac. De exemplu, în timp ce modelele IEA și IRENA includ cel puțin 1200 GW de nouă capacitate hidroenergetică până în 2050, printre scenariile utilizate de Grupul Interguvernamental pentru Schimbări Climatice (IPCC) care sunt în concordanță cu 1.5° C țintă, aproximativ un sfert dintre ele includeau mai puțin de 500 GW de hidroenergie nouă. În mod similar, cel Un model climatic Pământ, de asemenea în concordanță cu 1.5° Ținta C, include doar aproximativ 300 GW de hidroenergie nouă până în 2050.

Generarea de hidroenergie se poate extinde fără noi baraje Sistemele de energie pot adăuga generarea de hidroenergie fără a adăuga noi baraje hidroenergetice în două moduri principale: (1) modernizarea proiectelor hidroenergetice existente cu turbine moderne și alte echipamente; și (2) adăugarea de turbine la barajele nealimentate. A studiu al Departamentului de Energie al SUA a constatat că, cu stimulentele financiare adecvate, aceste două abordări ar putea adăuga 11 GW de hidroenergie la flota hidroenergetică din SUA, o creștere cu 14% față de capacitatea actuală. Dacă un potențial similar ar fi disponibil în alte țări din întreaga lume, acesta reprezintă mai mult de jumătate din capacitatea hidroenergetică globală suplimentară inclusă în Un model climatic Pământ până în 2050. În plus, adăugarea de proiecte „solare plutitoare” pe rezervoarele din spatele barajelor hidroenergetice, care acoperă doar 10% din suprafața acestora, ar putea adăuga 4,000 GW de capacitate nouă, capabilă să genereze aproximativ de două ori mai multă energie decât cea generată din toată energia hidroelectrică în prezent.

Hidroenergia este vulnerabilă la schimbările climatice, subliniind valoarea rețelelor diversificate. Am fost autorul principal al unui studiu care a constatat că, până în 2050, 61% din toate barajele hidroenergetice globale se vor afla în bazine cu risc foarte mare sau extrem de secetă, inundații sau ambele. Până în 2050, 1 din 5 baraje hidroenergetice existente se vor afla în zone cu risc ridicat de inundații din cauza schimbărilor climatice, față de 1 din 25 în prezent. A studiu în Natura schimbările climatice a prezis că până la trei sferturi din proiectele hidroenergetice din întreaga lume vor avea o producție redusă din cauza schimbărilor climatice în hidrologie până la jumătatea acestui secol. Țările care sunt foarte dependente de hidroenergie sunt vulnerabile la secetă și, în multe regiuni, acest risc va crește. De exemplu, hidroenergia furnizează aproape toată energia electrică pentru Zambia și o secetă din 2016 în Africa de Sud a făcut ca producția națională de electricitate a Zambiei să scadă cu 40%, provocând perturbări economice imense și pierderi. Această vulnerabilitate subliniază valoarea surselor diversificate de generare în cadrul rețelelor.

Hidroenergia nu este întotdeauna controversată, se poate găsi un teren comun. În timp ce organizațiile de conservare și sectorul hidroenergetic au avut adesea o relație controversată, se poate găsi un teren comun. De exemplu, în Statele Unite, reprezentanți ai sectorului hidroenergetic, inclusiv Asociația Națională a Hidroenergiei (NHA) și mai multe organizații de conservare au format un „Dialog neobișnuit pentru hidroenergie” (dezvăluire completă: am reprezentat organizația mea, World Wildlife Fund-SUA, în acest dialog). Participanții la Dialogul neobișnuit au fost de acord că energia hidroelectrică a avut un rol cheie într-un viitor energetic durabil și că protecția și restaurarea râurilor din SUA ar trebui să fie o prioritate. Participanții la Dialogul neobișnuit au susținut o legislație în concordanță cu această viziune comună, iar Legea privind infrastructura, semnată anul trecut, a inclus 2.3 miliarde USD pentru creșterea capacității hidroenergetice fără a adăuga noi baraje. (prin modernizări și alimentarea barajelor nealimentate) și pentru îndepărtarea barajelor învechite pentru refacerea râurilor și îmbunătățirea siguranței publice.