Планування природного позитивного шляху до сталого енергетичного майбутнього

Наближення Конференції ООН зі зміни клімату (COP27), яка відбудеться в Єгипті в листопаді, зосереджує увагу на шляхах, необхідних для досягнення глобальних кліматичних цілей. Швидка декарбонізація економіки є центральною для стабілізації клімату, включаючи досягнення систем з нульовим енергоспоживанням до 2050 року. Але, оскільки світ також стикається з кризою природи/біорізноманіття та прагне досягти цілей розвитку, ці шляхи повинні враховувати свій вплив на спільноти та екосистеми; стабілізація клімату повинна бути узгоджена з підтримкою систем життєзабезпечення Землі.

Кілька прогнозів щодо того, що необхідно для досягнення енергетичних систем, що відповідають 1.5° C кліматичною метою є подвоєння глобальної потужності гідроенергетики, наприклад, з Міжнародне енергетичне агентство (IEA) і Міжнародне агентство з відновлювальної енергетики (ІРЕНА). Незважаючи на те, що це менше пропорційне збільшення, ніж інші відновлювані джерела енергії, такі як вітер і сонячна фотоелектрична енергія, які, за прогнозами, збільшаться більш ніж у двадцять разів, подвоєння глобальної потужності гідроенергетики, тим не менш, означає різке розширення основної інфраструктури, яка вплине на річки світу – і різноманітні переваги, які вони надають суспільству та економіці від прісноводного рибальства, яке годує сотні мільйонів, до пом’якшення повеней і стабільних дельт.

Лише одна третина найбільших річок світу залишається вільною – і подвоєння глобальної гідроенергетичної потужності призведе до перекриття близько половини з них, генеруючи менше ніж 2% необхідної відновлюваної генерації в 2050 році.

Майже всі нові енергетичні проекти, включно з вітровою та сонячною енергетикою, спричинять певні негативні наслідки, але втрати основного типу екосистем — великих річок із вільною течією — у такому масштабі матиме значні компроміси для людей і природи на глобальному рівні. Як таке, розширення гідроенергетики заслуговує особливо ретельного планування та прийняття рішень. Тут я розглядаю деякі основні питання, пов’язані з оцінкою гідроенергетики, включаючи питання, які часто неправильно розуміються.

Часто вважається, що мала гідроенергетика є стійкою або має низький вплив, але це часто не так. Мала гідроенергетика не має чіткого визначення (наприклад, деякі країни класифікують «малу гідроенергію» як будь-яку потужність до 50 МВт), але її часто класифікують як проекти потужністю менше 10 МВт. Оскільки проекти такого масштабу часто вважаються такими, що мають незначний вплив на навколишнє середовище, проекти малих гідроелектростанцій часто отримують стимули чи субсидії та/або вигоду від обмеженої екологічної експертизи. Однак поширення дамб малих гідроелектростанцій може спричинити значні кумулятивні наслідки. Крім того, навіть невеликий проект у особливо поганому місці може спричинити напрочуд значні негативні наслідки.

Також часто представлено, що руслова гідроенергетика має обмежений негативний вплив, але деякі з дамб з найбільшим впливом на річки є русловими. Руслові греблі не зберігають воду протягом тривалого періоду часу; кількість води, що надходить у проект, така сама, як і кількість, що витікає з проекту – принаймні щодня. Однак руслові проекти можуть накопичувати протягом дня, коли вони працюють на «гідропік», зберігаючи воду протягом дня та випускаючи її протягом кількох годин пікового попиту. Такий режим роботи може спричинити серйозні негативні впливи на екосистеми нижньої течії річки. Оскільки руслові дамби не мають великих водосховищ, вони не спричиняють деяких значних впливів на людей і річки, пов’язаних із великими водосховищами, включаючи великомасштабне переміщення громад і порушення сезонних моделей річкового стоку. Але ці відмінності надто часто призводять до більш масштабних узагальнень про те, що руслові проекти не впливають на річки – або навіть те, що руслова гідроенергетика не потребує греблі. У той час як деякі руслові проекти не передбачають спорудження дамби через усе русло, багато великих руслових проектів потребують дамби, яка розрізає річкове русло (див. фото нижче). Це невідповідне узагальнення стає особливо проблематичним, коли прихильники проекту вказують на його русловий статус як скорочення, стверджуючи, що він матиме мінімальний вплив. Це «поспішне узагальнення» було використано прихильниками греблі Шаябурі на річці Меконг, яка має великий вплив як на міграцію риби, так і на уловлювання осаду, необхідного для дельти нижньої течії.

Хоча екологічні огляди дамб гідроелектростанцій часто зосереджені на місцевих умовах, негативний вплив може виявлятися навіть за сотні кілометрів від дамби. Коли греблі гідроелектростанції блокують рух мігруючої риби, вони можуть спричинити негативний вплив на екосистеми всього річкового басейну, як вище, так і вниз за течією греблі. І оскільки мігруючі риби часто є одними з найважливіших учасників прісноводного рибальства, це призводить до негативного впливу на людей, навіть тих, хто живе за сотні кілометрів від дамби. Основний внесок внесли гідроелектростанції до драматичних глобальних втрат міграційної риби, які мають знизився на 76% з моменту 1970, з такими гучними прикладами, як річки Колумбія та Меконг. Другий вплив на велику відстань – осад. Річка — це більше, ніж потік води, це також потік опадів, таких як мул і пісок. Річки відкладають цей осад, коли входять в океан, утворюючи дельту. Дельти можуть бути надзвичайно продуктивними як для сільського господарства, так і для рибальства, і зараз понад 500 мільйонів людей живуть у дельтах по всьому світу, включаючи дельти Нілу, Гангу, Меконгу та Янцзи. Однак, коли річка впадає у водосховище, течія значно сповільнюється, і значна частина осаду випадає та «затримується» за дамбою. Водосховища зараз захоплюють приблизно чверть глобального річного потоку опадів—мул і пісок, які в іншому випадку допомогли б зберегти дельти в умовах ерозії та підвищення рівня моря. Деякі ключові дельти, такі як Ніл, зараз втратили понад 90% запасів опадів і зараз тонуть і зменшуються. Таким чином, греблі гідроелектростанції можуть мати серйозний вплив на ключові ресурси в басейнах великих річок, в тому числі всесвітньо важливі запаси продовольства, але надто часто екологічна експертиза гідроенергетичних проектів зосереджується насамперед на місцевих впливах.

Прохід риби навколо дамб рідко пом’якшував негативний вплив дамб на мігруючу рибу. Рибні проходи, такі як рибні драбини або навіть ліфти, є загальною вимогою пом’якшення наслідків для дамб. Рибні проходи спочатку були створені на річках, де були потужні плаваючі та стрибаючі види риб, як-от лосось, але тепер протоки додаються до дамб великих тропічних річок, таких як Меконг або притоки Амазонки, хоча даних дуже мало. або приклади того, як рибний прохід працює в цих річках. А Огляд 2012 року всіх рецензованих досліджень ефективності проходження риби виявили, що рибний пасаж працює набагато краще для лосося, ніж для інших видів риби; в середньому структури мають 62% успіху для лосося, що пливе вгору за течією. Ця цифра може здатися великою, але більшість риб повинні переміщатися через кілька дамб поспіль; навіть з відносно високим рівнем успіху в 62% на кожній греблі, менше чверті лосося успішно пройде три греблі. Для риб, які не є лососевими, показник успішності становив 21% – навіть із лише двома дамбами лише 4% мігруючих риб будуть успішними (див. нижче). Крім того, більшість риб також потребує міграції вниз за течією, принаймні для личинок або молоді риби, і швидкість проходження вниз за течією часто навіть нижча.

Гідроенергетика більше не є найдешевшою технологією відновлюваної енергії. За останні десятиліття вартість вітру впала приблизно на третину, а вартість сонячної енергії впала на 90% – і, ймовірно, ці скорочення витрат триватимуть. Тим часом, середня вартість гідроенергії дещо зросла за останнє десятиліття, так що берегова вітрова енергія зараз стала найнижчою середньою вартістю серед відновлюваних джерел енергії. Хоча його середня вартість все ще трохи вища, ніж гідроенергетика, сонячні проекти зараз постійно встановлювали рекорд найнижчої вартості енергетичного проекту.

Гідроенергетика справді має найвищу частоту затримок і перевитрат серед великих інфраструктурних проектів. Дослідження, проведене EY, показало, що 80 відсотків гідроенергетичних проектів зазнали перевитрати коштів із середнім перевищенням на 60 відсотків. Обидві ці частки були найвищими серед типів великих інфраструктурних проектів у їхньому дослідженні, включаючи електростанції на викопному паливі та атомні електростанції, водні проекти та офшорні вітряні проекти. Дослідження також виявило, що 60 відсотків гідроенергетичних проектів зазнали затримок із середньою затримкою майже на три роки, більше ніж у вугільних проектах, які мали трохи більші середні затримки.

Гідроенергетика може забезпечити стабільне виробництво або зберігання енергії на підтримку змінних відновлюваних джерел, таких як вітер і сонячна...

Вітер і сонце вже є провідною формою нової генерації, що додається щороку, і прогнози передбачають низьковуглецеві мережі, де вітер і сонце є домінуючими формами генерації. але стабільні електромережі потребуватимуть більше, ніж вітрова та сонячна енергія, їм також знадобиться певна комбінація стабільної генерації і сховище, яке балансуватиме мережі протягом періодів (від хвилин до тижнів), коли доступність цих ресурсів падає. У багатьох мережах гідроенергетика є однією з технологій, які можуть забезпечити міцну енергію. Один тип гідроенергетики — гідроакумулююча гідроелектростанція (PSH) — на даний момент є домінуючою формою акумулювання електроенергії в мережах (близько 95%). У проекті PSH вода перекачується в гору, коли електроенергії достатньо і зберігається у верхньому резервуарі. Коли потрібна електроенергія, вода тече назад вниз до нижнього резервуару, виробляючи електроенергію для мережі.

…але ці послуги часто можна надавати без подальших втрат вільнотекучих річок. Дослідження, зосереджені на варіантах розширення мережі, показали, що країни часто можуть задовольнити майбутній попит на електроенергію за допомогою варіантів з низьким вмістом вуглецю, які уникають нових дамб на річках, що протікають, або через збільшення інвестицій у вітрову та сонячну енергію замість гідроенергії з великим негативним впливом або через ретельне розміщення нової гідроелектростанції що дозволяє уникнути будівництва гребель на великих річках з вільною течією або на заповідних територіях. Крім того, два водосховища проекту гідроакумулювання можуть бути побудовані в місцях подалі від річок і циркулювати воду туди-сюди між ними. Дослідники з Австралійського національного університету склали карту Місцезнаходження 530,000 по всьому світу з відповідною топографією для підтримки неканальних насосних накопичувачів, причому лише невелика частка потрібна для забезпечення достатніх обсягів зберігання для енергомереж у всьому світі, де переважно використовують відновлювані джерела енергії. Існуючі водойми чи інші об’єкти, наприклад занедбані шахти також може використовуватися в проектах гідроакумулювання.

Не всі глобальні сценарії, що відповідають кліматичним цілям, включають подвоєння гідроенергетики. Хоча кілька відомих організацій (наприклад, IEA та IRENA), які моделюють, як майбутні енергетичні системи можуть відповідати кліматичним цілям, передбачають подвоєння глобальної потужності гідроенергетики, не всі такі сценарії це роблять. Наприклад, у той час як моделі МЕА та IRENA включають щонайменше 1200 ГВт нових гідроенергетичних потужностей до 2050 року, серед сценаріїв, що використовуються Міжурядовою групою експертів зі зміни клімату (МГЕЗК), які відповідають 1.5° C, приблизно чверть з них включала менше 500 ГВт нової гідроенергетики. Аналогічно, Одна модель клімату Землі, також узгоджується з 1.5° Ціль C передбачає лише близько 300 ГВт нової гідроенергетики до 2050 року.

Виробництво гідроелектроенергії може розвиватися без нових дамб Енергетичні системи можуть додати гідроенергію без додавання нових гідроелектростанцій двома основними способами: (1) модернізація існуючих гідроенергетичних проектів сучасними турбінами та іншим обладнанням; і (2) додавання турбін до гребель без електромережі. А дослідження Міністерства енергетики США виявили, що за наявності відповідних фінансових стимулів ці два підходи можуть додати 11 ГВт гідроенергетики до гідроелектростанції США, що на 14% більше, ніж сьогодні. Якби подібний потенціал був наявний в інших країнах світу, це становило б більше половини додаткової глобальної гідроенергетичної потужності, включеної в Одна модель клімату Землі до 2050 р. Крім того, додавання проектів «плаваючої сонячної енергії» на водосховищах за греблями гідроелектростанцій, що охоплюють лише 10% їх поверхні, може збільшити 4,000 ГВт нових потужностей, здатний генерувати приблизно вдвічі більше електроенергії, ніж виробляється всіма гідроелектростанціями сьогодні.

Гідроенергетика вразлива до зміни клімату, що підкреслює цінність диверсифікованих мереж. Я був провідний автор дослідження було встановлено, що до 2050 року 61 відсоток усіх глобальних гідроелектростанцій будуть розташовані в басейнах з дуже високим або екстремальним ризиком посух, повеней або обох. До 2050 року 1 з 5 існуючих гідроелектростанцій буде знаходитися в зонах високого ризику затоплення через зміну клімату, порівняно з 1 з 25 сьогодні. А вчитися в Зміна клімату природи передбачили, що до середини цього сторіччя до трьох чвертей гідроенергетичних проектів у всьому світі буде зменшено вироблення електроенергії через кліматичні зміни в гідрології. Країни, які сильно залежать від гідроенергетики, вразливі до посухи, і в багатьох регіонах цей ризик зростатиме. Наприклад, гідроенергетика забезпечує майже всю електроенергію для Замбії та посухи 2016 року на півдні Африки призвело до скорочення національного виробництва електроенергії в Замбії на 40%, що спричинило величезні економічні дестабілізації та збитки. Ця вразливість підкреслює цінність диверсифікованих джерел генерації в мережах.

Гідроенергетика не завжди викликає суперечки, спільну мову можна знайти. Хоча природоохоронні організації та гідроенергетичний сектор часто мали суперечливі стосунки, спільну мову можна знайти. Наприклад, у Сполучених Штатах представники сектору гідроенергетики, включаючи Національну гідроенергетичну асоціацію (NHA), і кілька природоохоронних організацій створили “Незвичайний діалог для гідроенергетики” (повне розкриття інформації: у цьому діалозі я представляв свою організацію, Всесвітній фонд дикої природи США). Учасники Uncommon Dialogue погодилися, що гідроенергетика відіграє ключову роль у сталому енергетичному майбутньому та що захист і відновлення річок у США має бути пріоритетом. Учасники Uncommon Dialogue підтримали законодавство, яке відповідає цьому спільному баченню, а законопроект про інфраструктуру, підписаний минулого року, передбачав 2.3 мільярда доларів США для збільшення потужності гідроенергетики без будівництва нових дамб. (шляхом модернізації та живлення безенергетичних дамб) і для видалення застарілих дамб для відновлення річок і підвищення громадської безпеки.