Начертаване на положителен за природата път към устойчиво енергийно бъдеще

Наближаващата Конференция на ООН за изменението на климата (COP27), която ще се проведе в Египет през ноември, фокусира вниманието върху пътищата, необходими за постигане на глобалните климатични цели. Бързата декарбонизация на икономиките е от основно значение за стабилизирането на климата, включително постигането на системи с нетно нулево захранване до 2050 г. Но тъй като светът също е изправен пред криза на природата/биоразнообразието и се стреми да постигне набор от цели за развитие, тези пътища трябва да вземат предвид въздействието си върху общности и екосистеми; стабилизирането на климата трябва да се стреми да бъде съвместимо с поддържането на животоподдържащите системи на Земята.

Няколко от прогнозите за това, което е необходимо за постигане на енергийни системи в съответствие с 1.5° C климатичната цел включва удвояване на глобалния водноенергиен капацитет, като тези от Международна енергийна агенция (IEA) и Международна агенция за възобновяема енергия (ИРЕНА). Въпреки че това е по-малко пропорционално увеличение в сравнение с други възобновяеми енергийни източници като вятърна и слънчева фотоволтаична енергия, за които се предвижда да се увеличат повече от двадесет пъти, удвояването на глобалния водноенергиен капацитет все пак представлява драматично разширяване на основна инфраструктура, което ще засегне световните реки – и разнообразните ползите, които предоставят на обществата и икономиките от сладководния риболов, който изхранва стотици милиони, до смекчаването на наводненията и стабилните делти.

Само една трета от най-големите реки в света остават свободно течащи – и удвояването на глобалния водноенергиен капацитет би довело до преграждането на около половината от тях, като същевременно генерира по-малко от 2% от необходимото възобновяемо производство през 2050 г.

Почти всички нови енергийни проекти, включително вятърна и слънчева, ще причинят някои отрицателни въздействия, но загуби на основен тип екосистема - големи, свободно течащи реки - в този мащаб ще има големи компромиси за хората и природата на глобално ниво. Като такова разширяването на хидроенергията заслужава особено внимателно планиране и вземане на решения. Тук разглеждам някои основни въпроси, свързани с оценката на хидроенергията, включително въпроси, които често биват неразбрани.

Малката водноелектрическа енергия често се приема за устойчива или с ниско въздействие, но това често не е така. Малката водноелектрическа енергия не е последователно дефинирана (напр. някои държави класифицират „малка водноелектрическа енергия“ като всичко до 50 MW), но често се категоризира като проекти под 10 MW. Тъй като често се приема, че проекти с такъв размер имат незначително въздействие върху околната среда, малките водноелектрически проекти често получават стимули или субсидии и/или се възползват от ограничен екологичен преглед. Въпреки това, разпространението на малки водноелектрически язовири може да причини значителни кумулативни въздействия. Освен това дори малък проект на особено лошо място може да причини изненадващо големи отрицателни въздействия.

Проточните хидроенергии също често се представят като имащи ограничени отрицателни въздействия, но някои от язовирите с най-голямо въздействие върху реките са отточни язовири. Проточните язовири не съхраняват вода за дълги периоди от време; количеството вода, изтичащо в проекта, е същото като количеството, изтичащо от проекта – поне на дневна база. Все пак проектите за оттичане на река могат да се съхраняват в рамките на един ден, когато работят за „хидропик“, съхранявайки вода през целия ден и освобождавайки я по време на няколко часа пиково търсене. Този режим на работа може да причини големи отрицателни въздействия върху речните екосистеми надолу по течението. Тъй като речните язовири нямат големи резервоари за съхранение, те не причиняват някои от основните въздействия върху хората и реките, свързани с големите резервоари за съхранение, включително широкомащабно изместване на общности и прекъсвания на сезонните модели на речния поток. Но тези разлики твърде често водят до по-всеобхватни обобщения, че проектите за оттичане на реки нямат въздействие върху реките - или дори тази речна хидроенергия не изисква язовир. Въпреки че някои проекти за оттичане на река не включват язовир през целия канал, много големи проекти за оттичане на река изискват язовир, който фрагментира речен канал (вижте снимката по-долу). Това неуместно обобщение става особено проблематично, когато привържениците на даден проект посочват неговия отточен статут като кратък аргумент, че той ще има минимално въздействие. Това „прибързано обобщение“ беше използвано от поддръжниците на язовира Xayaboury на река Меконг, който има голямо въздействие както върху миграцията на рибите, така и върху улавянето на седименти, необходими за делтата надолу по течението.

Докато екологичните прегледи на водноелектрическите язовири често се фокусират върху местните условия, отрицателните въздействия всъщност могат да се проявят дори на стотици километри от язовира. Когато водноелектрическите язовири блокират движението на мигриращи риби, те могат да причинят отрицателно въздействие върху екосистемите в целия речен басейн, както нагоре, така и надолу по течението на язовира. И тъй като мигриращите риби често са сред най-важните участници в сладководния риболов, това се изразява в отрицателни въздействия върху хората, дори някои, които могат да живеят на стотици километри от язовир. Водноелектрическите язовири имат основен принос до драматични глобални загуби на мигриращи риби, които са е намалял със 76% от 1970 г, с високопоставени примери като реките Колумбия и Меконг. Второто въздействие на голямо разстояние е утайката. Реката е нещо повече от поток от вода, тя също е поток от утайки, като тиня и пясък. Реките отлагат тази утайка, когато навлизат в океана, създавайки делта. Делтите могат да бъдат изключително продуктивни – както за селското стопанство, така и за рибарството – и повече от 500 милиона души сега живеят в делтите по целия свят, включително тези на Нил, Ганг, Меконг и Яндзъ. Въпреки това, когато една река навлезе в резервоар, течението се забавя значително и голяма част от утайката изпада и остава „уловена“ зад язовира. Резервоарите сега улавят приблизително една четвърт от глобалния годишен поток от седименти -тиня и пясък, които иначе биха помогнали за поддържането на делтите в лицето на ерозията и покачването на морското ниво. Някои ключови делти, като Нил, сега са загубили повече от 90% от запасите си от седименти и сега потъват и се свиват. По този начин водноелектрическите язовири могат да имат голямо въздействие върху ключови ресурси в големите речни басейни, включително световно важни хранителни доставки, но твърде често екологичният преглед на водноелектрическите проекти се фокусира предимно върху местните въздействия.

Преминаването на риба около язовирите рядко смекчава отрицателното въздействие на язовирите върху мигриращите риби. Проходите за риба, като рибни стълби или дори асансьори, са често срещано изискване за смекчаване на язовирите. Рибните проходи първоначално са разработени в реки, които са имали мощни плуващи и скачащи видове риби, като сьомга, но сега се добавят проходни структури към язовири на големи тропически реки - като Меконг или притоците на Амазонка - въпреки че има много ограничени данни или примери за това как преминава рибата в тези реки. А Преглед от 2012 г. на всички рецензирани проучвания за ефективността на преминаването на рибите установено, че пасажът на риба работи много по-добре за сьомга, отколкото за други видове риба; средно структурите имат 62% успеваемост за плуване на сьомга срещу течението. Този брой може да изглежда висок, но повечето риби трябва да се движат през няколко язовира подред; дори при относително високия процент на успеваемост от 62% на всеки язовир, по-малко от една четвърт от сьомгата ще премине успешно през три язовира. За рибите, различни от сьомгата, успеваемостта е 21% – дори само с два язовира, само 4% от мигриращите риби ще бъдат успешни (вижте по-долу). Освен това, повечето риби също изискват миграция надолу по течението, поне за ларви или млади риби, а скоростта на преминаване надолу по течението често е дори по-ниска.

Хидроенергията вече не е най-евтината технология за производство на енергия от възобновяеми източници. През последните десетилетия цената на вятъра е намаляла с около една трета, а цената на слънчевата енергия е намаляла с 90% – и тези намаления на разходите изглежда вероятно ще продължат. Междувременно, средната цена на водноелектрическата енергия се е увеличила донякъде през последното десетилетие, така че вятърът на сушата сега се е превърнал в най-ниската средна цена сред възобновяемите източници. Въпреки че средната му цена все още е малко по-висока от водноелектрическата енергия, слънчевите проекти сега последователно поставя рекорд за най-ниски енергийни проекти.

Хидроенергията наистина има най-висока честота на забавяния и надхвърляне на разходите сред големите инфраструктурни проекти. Проучване на EY установи, че 80 процента от водноелектрическите проекти са претърпели надвишаване на разходите със средно надхвърляне от 60 процента. И двете пропорции са най-високи сред видовете големи инфраструктурни проекти в тяхното проучване, включително изкопаеми и атомни електроцентрали, водни проекти и офшорни вятърни проекти. Проучването също така установи, че 60 процента от водноелектрическите проекти са имали закъснения със средно закъснение от близо три години, надвишено само от въглищни проекти, които са имали малко по-дълги средни закъснения.

Хидроенергията може да осигури стабилно генериране или съхранение на енергия в подкрепа на променливи възобновяеми енергийни източници като вятър и слънце....

Вятърът и слънчевата енергия вече са водещата форма на ново поколение, добавяно всяка година, и прогнозите предвиждат нисковъглеродни мрежи, където вятърът и слънчевата енергия са доминиращите форми на генериране. Но стабилните мрежи ще се нуждаят от повече от вятър и слънчева енергия, те също ще се нуждаят от комбинация от стабилно производство и съхранение, което ще балансира мрежите през периоди – от минути до седмици – когато наличността на тези ресурси спадне. В много мрежи водната енергия е сред технологиите, които могат да осигурят стабилна енергия. Един вид хидроенергия – помпено-акумулираща хидроенергия (PSH) – понастоящем е доминиращата форма на съхранение в мрежа в мащаб (около 95%). При PSH проект водата се изпомпва нагоре, когато мощността е в изобилие и се съхранява в горен резервоар. Когато е необходимо захранване, водата тече обратно надолу към долния резервоар, генерирайки електричество за мрежата.

…но тези услуги често могат да се предоставят без допълнителни загуби на свободно течащи реки. Изследванията, фокусирани върху опциите за разширяване на мрежата, показват, че страните често могат да посрещнат бъдещото търсене на електроенергия с нисковъглеродни опции, които избягват нови язовири на свободно течащи реки, или чрез по-големи инвестиции във вятърна и слънчева енергия за заместване на водната енергия с големи отрицателни въздействия или чрез внимателно разполагане на нова водноелектрическа централа което избягва изграждането на язовири на големи свободно течащи реки или в защитени зони. Освен това, двата резервоара на проект за помпено съхранение могат да бъдат построени на места далеч от реките и да циркулират водата напред-назад между тях. Изследователи от Австралийския национален университет картографираха 530,000 XNUMX места по целия свят с подходяща топография за поддържане на изпомпвано съхранение извън канала, като само малка част е необходима за осигуряване на достатъчно съхранение за доминирани от възобновяеми енергийни мрежи мрежи по целия свят. Съществуващи резервоари или други характеристики като напр изоставени минни ями може да се използва и в проекти за помпено съхранение.

Не всички глобални сценарии, съответстващи на климатичните цели, включват удвояване на водната енергия. Въпреки че няколко видни организации (напр. IEA и IRENA), които моделират как бъдещите енергийни системи могат да бъдат съвместими с климатичните цели, включват удвояване на глобалния водноенергиен капацитет, не всички подобни сценарии го правят. Например, докато моделите на IEA и IRENA включват най-малко 1200 GW нов водноелектрически капацитет до 2050 г., сред сценариите, използвани от Междуправителствения панел по изменение на климата (IPCC), които са в съответствие с 1.5° C, приблизително една четвърт от тях включват по-малко от 500 GW нова водноелектрическа енергия. По същия начин, на Един климатичен модел на Земята, също в съответствие с 1.5° Цел C включва само около 300 GW нова водноелектрическа енергия до 2050 г.

Водноелектрическото производство може да се разшири без нови язовири Енергийните системи могат да добавят водноелектрическо производство без добавяне на нови водноелектрически язовири по два основни начина: (1) преоборудване на съществуващи водноелектрически проекти с модерни турбини и друго оборудване; и (2) добавяне на турбини към незадвижвани язовири. А проучване на Министерството на енергетиката на САЩ установиха, че с правилните финансови стимули, тези два подхода биха могли да добавят 11 GW водноелектрическа енергия към водноелектрическия флот на САЩ, увеличение от 14% спрямо днешния капацитет. Ако подобен потенциал е наличен в други страни по света, това представлява повече от половината от допълнителния глобален водноенергиен капацитет, включен в Един климатичен модел на Земята до 2050 г. Освен това добавянето на проекти за „плаваща слънчева енергия“ върху резервоарите зад водноелектрическите язовири, покриващи само 10% от тяхната повърхност, може да добави 4,000 GW нови мощности, способен да генерира приблизително два пъти повече енергия, отколкото се генерира от цялата водна енергия днес.

Хидроенергията е уязвима от изменението на климата, което подчертава стойността на диверсифицираните мрежи. Бях водещ автор на изследване което установи, че до 2050 г. 61 процента от всички глобални водноелектрически язовири ще бъдат в басейни с много висок или екстремен риск от суши, наводнения или и двете. До 2050 г. 1 от 5 съществуващи водноелектрически язовира ще бъде в зони с висок риск от наводнения поради изменението на климата, в сравнение с 1 от 25 днес. А учи в Промяна характер на климата прогнозира, че до средата на този век до три четвърти от водноелектрическите проекти по света ще имат намалено производство поради промени в хидрологията, предизвикани от климата. Държавите, които са силно зависими от водната енергия, са уязвими на суша и в много региони този риск ще се увеличи. Например хидроенергията осигурява почти цялата електроенергия за Замбия и суша през 2016 г. в Южна Африка доведе до спад на националното производство на електроенергия в Замбия с 40%, причинявайки огромни икономически сътресения и загуби. Тази уязвимост подчертава стойността на разнообразните източници на генериране в рамките на мрежите.

Хидроенергията не винаги е спорна, може да се намери общ език. Докато природозащитните организации и водноенергийният сектор често са имали спорни отношения, могат да бъдат намерени общи позиции. Например в Съединените щати представители на хидроенергийния сектор, включително Националната хидроенергийна асоциация (NHA) и няколко природозащитни организации сформираха „Необичаен диалог за хидроенергията” (пълно разкриване: аз представлявах моята организация, Световен фонд за дивата природа-САЩ, в този диалог). Участниците в Uncommon Dialogue се съгласиха, че водноелектрическата енергия има ключова роля в бъдещето на устойчивата енергия и че защитата и възстановяването на реките в САЩ трябва да бъде приоритет. Участниците в Uncommon Dialogue подкрепиха законодателство в съответствие с тази споделена визия и законопроектът за инфраструктурата, подписан миналата година, включваше 2.3 милиарда щатски долара за увеличаване на водноелектрическия капацитет без добавяне на нови язовири (чрез модернизиране и захранване на незахранени язовири) и за премахване на остарели язовири за възстановяване на реките и подобряване на обществената безопасност.