Természet-pozitív ösvény tervezése a fenntartható energia jövőjéhez

A közelgő ENSZ Éghajlat-változási Konferencia (COP27), amelyet novemberben Egyiptomban tartanak, a globális éghajlati célok eléréséhez szükséges utakra összpontosítja a figyelmet. A gazdaságok gyors dekarbonizációja központi szerepet játszik az éghajlat stabilizálásában, beleértve a nulla energiaellátású rendszerek 2050-re történő elérését. Mivel azonban a világ természeti/biodiverzitási válsággal is szembesül, és egy sor fejlesztési cél elérésére törekszik, ezeknek az utaknak figyelembe kell venniük a környezetre gyakorolt ​​hatásukat. közösségek és ökoszisztémák; az éghajlat stabilizálásának törekednie kell arra, hogy összhangban legyen a Föld életfenntartó rendszereinek fenntartásával.

Számos előrejelzés arra vonatkozóan, hogy mire van szükség ahhoz, hogy az 1.5° C éghajlati cél a globális vízenergia-kapacitás megduplázódása, mint például a Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) és a Nemzetközi Megújuló Energia Ügynökség (IRENA). Noha ez kisebb arányú növekedés, mint más megújuló energiaforrások, például a szél- és a napelem, amelyek az előrejelzések szerint több mint hússzorosára nőnek, a globális vízenergia-kapacitás megkétszerezése mindazonáltal a jelentős infrastruktúra drámai bővülését jelenti, amely hatással lesz a világ folyóira – és a sokféleségre. a társadalmak és a gazdaságok számára nyújtott előnyök a százmilliókat tápláló édesvízi halászattól az árvíz enyhítéséig és a stabil deltákig.

A világ legnagyobb folyóinak csak egyharmada továbbra is szabad folyású – és a globális vízenergia-kapacitás megduplázódása ezek mintegy felének duzzasztását eredményezné, miközben kevesebb, mint 2-ben a szükséges megújuló energiatermelés 2050%-a.

Szinte minden új energetikai projekt, beleértve a szél- és a napenergiát is, negatív hatásokat fog okozni, de egy jelentős ökoszisztéma-típus – a nagy, szabadon folyó folyók – veszteségei ilyen léptékűek. jelentős kompromisszumokkal jár majd az emberek és a természet számára globális szinten. Mint ilyen, a vízenergia-bővítés különösen gondos tervezést és döntéshozatalt érdemel. Itt megvizsgálok néhány fontosabb kérdést a vízenergia értékelése szempontjából, beleértve azokat a kérdéseket is, amelyeket gyakran félreértenek.

A kis vízenergiát gyakran fenntarthatónak vagy csekély hatásúnak tartják, de ez gyakran nem így van. A kis vízenergiát nem definiálják következetesen (pl. egyes országok a „kis vízenergiát” legfeljebb 50 MW teljesítményűek közé sorolják), de gyakran a 10 MW alatti projektek kategóriába sorolják. Mivel az ilyen méretű projektekről gyakran feltételezik, hogy csekély hatást gyakorolnak a környezetre, a kis vízerőmű-projektek gyakran kapnak ösztönzőket vagy támogatásokat, és/vagy részesülnek korlátozott környezetvédelmi felülvizsgálatból. A kis vízerőművek gátak elterjedése azonban jelentős halmozott hatásokat okozhat. Ezenkívül még egy különösen rossz helyen végzett kis projekt is meglepően nagy negatív hatásokat okozhat.

A folyóvízi vízenergiát gyakran úgy állítják be, hogy korlátozott negatív hatásai vannak, de a folyókra a legnagyobb hatást gyakorló gátak némelyike ​​folyami gátak. A folyó gátak nem tárolják a vizet hosszú ideig; a projektbe befolyó víz mennyisége megegyezik a projektből kiáramló víz mennyiségével – legalább napi szinten. Azonban a folyókon átnyúló projektek egy napon belül képesek tárolni, ha „hydropeaking”-re működnek, a vizet egész nap tárolják, és a csúcsigény néhány órájában kiengedik. Ez a működési mód jelentős negatív hatást gyakorolhat a folyami folyami ökoszisztémákra. Mivel a futógátak nem rendelkeznek nagy tároló tározókkal, nem okoznak néhány olyan jelentős hatást az emberekre és a folyókra, amelyek a nagy tárolótartályokhoz kapcsolódnak, beleértve a közösségek nagymértékű elmozdulását és a folyók szezonális áramlási mintáinak megzavarását. Ám ezek a különbségek túl gyakran vezetnek olyan átfogó általánosításokhoz, miszerint a folyókon futó projektek nincsenek hatással a folyókra – vagy még az is, hogy a kifutó vízenergiához nincs szükség gátra. Míg egyes folyókifutási projektek nem tartalmaznak gátat a teljes csatornán, sok nagy folyón futó projekthez szükség van egy gátra, amely feldarabolja a folyó csatornáját (lásd az alábbi képet). Ez a nem helyénvaló általánosítás különösen problematikussá válik, amikor egy projekt támogatói a folyó státuszára utalnak, mint rövid kifejezést arra hivatkozva, hogy minimális hatásai lesznek. Ezt az „elhamarkodott általánosítást” a Mekong folyón lévő Xayaboury-gát támogatói alkalmazták, amely jelentős hatással van mind a halak vándorlására, mind a lefelé tartó deltához szükséges üledék befogására.

Míg a vízerőművek gátak környezeti felülvizsgálatai gyakran a helyi viszonyokra összpontosítanak, a negatív hatások valójában akár több száz kilométeres távolságban is megnyilvánulhatnak a gáttól. Amikor a vízerőművek gátak akadályozzák a vándorhalak mozgását, negatív hatást gyakorolhatnak az ökoszisztémákra az egész vízgyűjtőn, a gát felett és alatt egyaránt. És mivel a vándorhalak gyakran az édesvízi halászat legfontosabb tényezői közé tartoznak, ez negatív hatással van az emberekre, még olyanokra is, akik több száz kilométerre élnek egy gáttól. A vízerőművek gátak elsődlegesen hozzájárultak ehhez a vándorhalak drámai globális veszteségei miatt csökkent 76% -kal az 1970 óta, olyan nagy horderejű példákkal, mint a Columbia és a Mekong folyók. A második hosszú távú hatás az üledék. A folyó több, mint vízfolyás, hanem üledék, például iszap és homok áramlása is. A folyók ezt az üledéket rakják le, amikor belépnek az óceánba, deltát hozva létre. A delták rendkívül produktívak lehetnek – a mezőgazdaság és a halászat szempontjából egyaránt –, és ma már több mint 500 millió ember él a deltákon szerte a világon, beleértve a Nílus, Gangesz, Mekong és Jangce deltáit. Amikor azonban egy folyó belép a tározóba, az áramlás jelentősen lelassul, és az üledék nagy része kihullik, és „csapdába esik” a gát mögött. A tározók jelenleg a globális éves hordalékáramlás körülbelül egynegyedét veszik fel.iszap és homok, amelyek egyébként segítenének fenntartani a deltákat az erózióval és a tengerszint emelkedésével szemben. Néhány kulcsfontosságú delta, mint például a Nílus, mára elvesztette üledékkészletének több mint 90%-át, és most süllyed és zsugorodik. Így a vízerőművek gátak jelentős hatással lehetnek a kulcsfontosságú erőforrásokra a nagy vízgyűjtőkön, ideértve a globálisan fontos élelmiszer-ellátás, de túl gyakran a vízenergia-projektek környezetvédelmi felülvizsgálata elsősorban a helyi hatásokra összpontosít.

A gátak körüli halak átjárása ritkán enyhítette a gátak vándorló halakra gyakorolt ​​negatív hatásait. A halátjárók, például a hallétrák vagy akár a felvonók gyakori mérséklési követelmény a gátaknál. A haljáratokat eredetileg olyan folyókon fejlesztették ki, amelyekben erőteljes úszó és ugráló halfajok éltek, például lazac, de ma már átjárószerkezeteket építenek be a nagy trópusi folyókon – például a Mekongnál vagy az Amazonas mellékfolyóin –, bár nagyon kevés adat áll rendelkezésre. vagy példák arra, hogyan működik a haljárat ezekben a folyókban. A 2012-es áttekintés az összes, a halak áthaladási teljesítményével foglalkozó, lektorált tanulmányokról azt találta, hogy a halpasszázs sokkal jobban működött a lazacnál, mint más halfajtáknál; a szerkezetek átlagosan 62%-os sikerességi rátával rendelkeznek a folyásiránnyal szemben úszó lazacok esetében. Ez a szám magasnak tűnhet, de a legtöbb halnak egymás után több gáton kell navigálnia; még a viszonylag magas, 62%-os sikerességi ráta mellett is a lazacok kevesebb mint negyede jutna át három anyaállatnál. A nem lazac esetében a sikerességi arány 21% volt – még két gát mellett is csak a vándorló halak 4%-a lesz sikeres (lásd alább). Ezen túlmenően a legtöbb hal áramlási irányban is vándorlást igényel, legalábbis a lárvák vagy a fiatal halak esetében, és az áthaladás sebessége gyakran még alacsonyabb.

A vízenergia már nem a legalacsonyabb költségű megújuló energiatermelési technológia. Az elmúlt évtizedekben a szélenergia ára körülbelül egyharmadával, a napenergia költsége pedig 90%-kal esett vissza – és úgy tűnik, ez a költségcsökkenés folytatódni fog. Közben, a vízenergia átlagos költsége valamelyest emelkedett az elmúlt évtizedben, így a szárazföldi szélenergia mára a legalacsonyabb átlagköltséggé vált a megújulók között. Bár az átlagos költsége még mindig valamivel magasabb, mint a vízenergia, a napenergiát most tervezik folyamatosan felállította a legalacsonyabb költségű energiaprojekt rekordját.

A nagy infrastrukturális projektek közül a vízenergia esetében van a legmagasabb a késések és a költségtúllépések gyakorisága. Az EY tanulmánya megállapította, hogy a vízenergia-projektek 80 százalékánál tapasztaltak költségtúllépést, átlagosan 60 százalékos túllépéssel. Mindkét arány a legmagasabb volt a tanulmányukban szereplő nagy infrastrukturális projektek típusai között, ideértve a fosszilis és atomerőműveket, a vízprojekteket és a tengeri szélprojekteket. A tanulmány azt is megállapította, hogy a vízenergia-projektek 60 százaléka átlagosan csaknem három éves késéssel késett, amit csak a szénprojektek haladtak meg, amelyek átlagosan valamivel hosszabbak voltak.

A vízenergia szilárd energiatermelést vagy tárolást biztosíthat a változó megújuló energiaforrások, például a szél és a napenergia támogatására.

A szél- és a napenergia már most is a vezető formája az évről évre bevezetett új generációknak, és az előrejelzések alacsony szén-dioxid-kibocsátású hálózatokat irányoznak elő, ahol a szél- és a napenergia a termelés domináns formái. De a stabil hálózatoknak többre lesz szükségük, mint szél- és napenergiára, hanem a szilárd termelés valamilyen kombinációjára is és tárolás, amely kiegyensúlyozza a rácsokat olyan időszakokban – percektől hetekig –, amikor az erőforrások elérhetősége csökken. Sok hálózatban a vízenergia azon technológiák közé tartozik, amelyek szilárd energiát tudnak biztosítani. A vízenergia egyik fajtája – a szivattyús tárolós vízenergia (PSH) – jelenleg a közüzemi méretű hálózatokon történő tárolás domináns formája (körülbelül 95%). Egy PSH projektben a vizet felfelé szivattyúzzák, ha bőséges az energia, és egy felső tartályban tárolják. Amikor áramra van szükség, a víz visszafolyik lefelé az alsó tározóba, és áramot termel a hálózat számára.

…de ezek a szolgáltatások gyakran a szabad folyású folyók további elvesztése nélkül is biztosíthatók. A hálózatbővítési lehetőségekre összpontosító kutatások azt mutatták, hogy az országok gyakran képesek kielégíteni a jövőbeni villamosenergia-igényt alacsony szén-dioxid-kibocsátású megoldásokkal, amelyek elkerülik az új gátak építését a szabadon folyó folyókon. nagyobb befektetés a szél- és napenergiába a vízenergia helyettesítésére nagy negatív hatásokkal vagy azon keresztül az új vízerőművek gondos elhelyezése amely elkerüli a gátépítést nagyobb szabad folyású folyókon vagy védett területeken. Továbbá egy szivattyús tározós projekt két tározója a folyóktól távolabbi helyeken is megépíthető, és közöttük oda-vissza keringetheti a vizet. Az Ausztrál Nemzeti Egyetem kutatói feltérképezték 530,000 helyszínek szerte a világon megfelelő domborzattal a csatornán kívüli szivattyús tárolás támogatásához, és csak kis részre van szükség ahhoz, hogy elegendő tárolót biztosítsanak a megújuló energia által uralt hálózatok számára világszerte. Meglévő tározók vagy egyéb jellemzők, mint pl elhagyott bányagödrök szivattyús tárolós projektekben is használható.

Nem minden globális forgatókönyv, amely összhangban van az éghajlati célokkal, tartalmazza a vízenergia megkétszerezését. Bár számos prominens szervezet (pl. az IEA és az IRENA), amelyek azt modellezik, hogy a jövő energiarendszerei hogyan lehetnek összhangban az éghajlati célokkal, magában foglalja a globális vízenergia-kapacitás megkétszerezését, nem minden ilyen forgatókönyv. Például míg az IEA és az IRENA modellek legalább 1200 GW új vízenergia-kapacitást tartalmaznak 2050-re, az Éghajlatváltozási Kormányközi Testület (IPCC) által használt forgatókönyvek között, amelyek összhangban vannak az 1.5° C cél, ezek körülbelül egynegyede 500 GW-nál kevesebb új vízenergiát tartalmazott. Hasonlóképpen a Egy földi éghajlati modell, szintén összhangban van az 1.5° C-cél, csak körülbelül 300 GW új vízerőművet tartalmaz 2050-re.

A vízenergia-termelés új gátak nélkül is bővülhet Az energiaellátó rendszerek hozzáadhatják a vízenergia-termelést új vízerőmű-gátak hozzáadása nélkül, két elsődleges módon: (1) a meglévő vízenergia-projektek utólagos felszerelése modern turbinákkal és egyéb berendezésekkel; és (2) turbinák hozzáadása a nem motoros gátakhoz. A az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának tanulmánya megállapította, hogy a megfelelő pénzügyi ösztönzők mellett ez a két megközelítés 11 GW vízenergiával növelheti az Egyesült Államok vízenergia-flottáját, ami 14%-os növekedést jelent a mai kapacitáshoz képest. Ha hasonló potenciál állna rendelkezésre a világ más országaiban, az több mint a felét képviseli a globális vízenergia-kapacitás több mint felét. Egy földi éghajlati modell 2050-re. Továbbá, ha a vízerőmű gátak mögötti tározókon „lebegő napenergia” projekteket adnak hozzá, amelyek felszínüknek csak 10%-át fedik le 4,000 GW új kapacitás, amely megközelítőleg kétszer annyi energiát képes előállítani, mint amennyi ma az összes vízenergiából származik.

A vízenergia érzékeny az éghajlatváltozásra, ami hangsúlyozza a diverzifikált hálózatok értékét. Voltam tanulmány vezető szerzője azt találta, hogy 2050-re a globális vízerőművek gátak 61 százaléka olyan medencében lesz, ahol nagyon magas vagy rendkívüli aszályok, áradások vagy mindkettő veszélye. 2050-re minden ötödik meglévő vízerőmű gátja magas árvízveszélyes területen lesz az éghajlatváltozás miatt, szemben a mai 1-ből 5-ből. A tanulmányozni Nature Climate Change Az előrejelzések szerint a vízenergia-projektek háromnegyede világszerte csökkenti a termelést az éghajlat által vezérelt hidrológiai változások miatt az évszázad közepére. A vízenergiától erősen függő országok ki vannak téve az aszálynak, és sok régióban ez a kockázat növekedni fog. Például a vízenergia biztosítja Zambia szinte teljes áramellátását, és a 2016-os aszály Afrika déli részén Zambia nemzeti villamosenergia-termelése 40-zel csökkent%-ban, óriási gazdasági zavarokat és veszteségeket okozva. Ez a sebezhetőség hangsúlyozza a hálózatokon belüli diverzifikált termelési források értékét.

A vízenergia nem mindig vitatható, a közös pontok megtalálhatók. Míg a természetvédelmi szervezetek és a vízenergia-ágazat között gyakran volt vitás kapcsolat, találhatunk közös hangot. Például az Egyesült Államokban a vízenergia-ágazat képviselői, köztük a National Hydropower Association (NHA), és számos természetvédelmi szervezet egy „Nem mindennapi párbeszéd a vízenergiaért” (teljes nyilvánosságra hozatal: szervezetemet, a World Wildlife Fund-USA-t képviseltem ebben a párbeszédben). A nem mindennapi párbeszéd résztvevői egyetértettek abban, hogy a vízenergia kulcsszerepet játszik a fenntartható energia jövőjében, és hogy az Egyesült Államok folyóinak védelmét és helyreállítását prioritásként kell kezelni. Az Uncommon Dialogue résztvevői támogatták a közös jövőképnek megfelelő jogszabályokat, és a tavaly aláírt infrastrukturális törvényjavaslat 2.3 milliárd USD-t tartalmazott a vízenergia-kapacitás növelésére új gátak hozzáadása nélkül. (utólagos felszerelések és nem motoros gátak áramellátása révén), valamint az elöregedő gátak eltávolítása a folyók helyreállítása és a közbiztonság javítása érdekében.