Planiranje pozitivnog puta u prirodi do održive energetske budućnosti

Predstojeća Konferencija UN-a o klimatskim promjenama (COP27), koja će se održati u Egiptu u novembru, fokusira pažnju na puteve potrebne za postizanje globalnih klimatskih ciljeva. Brza dekarbonizacija ekonomija je ključna za stabilizaciju klime, uključujući postizanje sistema nulte neto električne energije do 2050. Ali s obzirom da se svijet također suočava s krizom prirode/biodiverziteta i teži da postigne niz razvojnih ciljeva, ovi putevi moraju uzeti u obzir njihov utjecaj na zajednice i ekosistemi; stabilizacija klime treba težiti da bude u skladu sa održavanjem sistema za održavanje života na Zemlji.

Nekoliko projekcija za ono što je potrebno za postizanje energetskih sistema u skladu sa 1.5° C klimatski cilj karakteriše udvostručenje globalnih hidroenergetskih kapaciteta, kao što su oni iz Međunarodna agencija za energiju (IEA) i Međunarodna agencija za obnovljive izvore energije (IRENA). Iako je to manje proporcionalno povećanje od drugih obnovljivih izvora kao što su vetar i solarna fotonaponska energija, za koje se predviđa da će se povećati više od dvadeset puta, udvostručenje globalnog hidroenergetskog kapaciteta ipak predstavlja dramatičnu ekspanziju glavne infrastrukture koja će uticati na svetske reke – i raznovrsne koristi koje pružaju društvima i ekonomijama od slatkovodnog ribarstva koje hrani stotine miliona za ublažavanje poplava i stabilne delte.

Samo jedna trećina najvećih svjetskih rijeka i dalje slobodno teče – a udvostručenje globalnog hidroenergetskog kapaciteta rezultiralo bi branom za oko polovice tih brana, uz proizvodnju manje od 2% potrebne obnovljive proizvodnje u 2050.

Gotovo svi novi energetski projekti, uključujući vjetar i solarnu energiju, prouzročit će neke negativne utjecaje, ali gubici glavnog tipa ekosistema - velikih rijeka slobodnog protoka - u tom obimu imaće velike kompromise za ljude i prirodu na globalnom nivou. Kao takvo, hidroenergetska ekspanzija zaslužuje posebno pažljivo planiranje i donošenje odluka. Ovdje istražujem neka glavna pitanja relevantna za procjenu hidroenergije, uključujući pitanja koja se često pogrešno razumiju.

Često se pretpostavlja da je mala hidroelektrana održiva ili ima mali uticaj, ali to često nije slučaj. Mala hidroelektrana nije dosljedno definirana (npr. neke zemlje 'malu hidroelektranu' klasifikuju kao sve do 50 MW), ali se često kategorizira kao projekti ispod 10 MW. Budući da se često pretpostavlja da projekti te veličine imaju manji uticaj na životnu sredinu, projekti malih hidroelektrana često dobijaju podsticaje ili subvencije i/ili imaju koristi od ograničenog pregleda životne sredine. Međutim, proliferacija malih hidroelektrana može uzrokovati značajne kumulativne utjecaje. Nadalje, čak i mali projekat na posebno lošoj lokaciji može uzrokovati iznenađujuće velike negativne utjecaje.

Protočna hidroenergija se takođe često predstavlja kao da ima ograničene negativne uticaje, ali neke od brana sa najvećim uticajem na rijeke su brane u toku rijeke. Protočne brane ne akumuliraju vodu na duži vremenski period; količina vode koja teče u projekat je ista kao i količina koja teče iz projekta – barem na dnevnoj bazi. Međutim, projekti koji se odvijaju kroz rijeku mogu se skladištiti u roku od jednog dana kada rade za "hidrovod", skladištenje vode tokom cijelog dana i ispuštanje tokom nekoliko sati najveće potražnje. Ovaj način rada može uzrokovati velike negativne utjecaje na nizvodne riječne ekosisteme. Budući da brane u toku rijeke nemaju velike akumulacije, one ne uzrokuju neke od velikih utjecaja na ljude i rijeke povezane s velikim akumulacijama, uključujući raseljavanje zajednica velikih razmjera i poremećaje u sezonskim obrascima riječnog toka. Ali ove razlike prečesto dovode do sveobuhvatnijih generalizacija da projekti oticanja rijeke nemaju utjecaja na rijeke – ili čak ni ta hidroelektrana ne zahteva branu. Dok neki projekti koji se odvijaju kroz rijeku ne uključuju branu preko cijelog kanala, mnogi veliki projekti koji se odvijaju kroz rijeku zahtijevaju branu koja fragmentira riječni kanal (pogledajte sliku ispod). Ova neprikladna generalizacija postaje posebno problematična kada zagovornici projekta ukažu na njegov status oticanja rijeke kao kratkotrajnu argumentaciju da će imati minimalne uticaje. Tu „ishitrenu generalizaciju“ koristili su zagovornici brane Xayaboury na rijeci Mekong, koja ima veliki utjecaj i na migraciju riba i na hvatanje sedimenta potrebnog nizvodnoj delti.

Dok se ekološki pregledi brana hidroelektrana često fokusiraju na lokalne uslove, negativni utjecaji se zapravo mogu manifestirati čak i stotinama kilometara od brane. Kada hidroenergetske brane blokiraju kretanje migratornih riba, one mogu uzrokovati negativne utjecaje na ekosisteme u cijelom riječnom slivu, uzvodno i nizvodno od brane. A budući da su ribe selice često među najvažnijim faktorima koji doprinose slatkovodnom ribarstvu, to dovodi do negativnih utjecaja na ljude, čak i na one koji mogu živjeti stotinama kilometara od mjesta brane. Hidroenergetske brane dale su primarni doprinos do dramatičnih globalnih gubitaka migratornih riba, koji su opao za 76% od 1970, s primjerima visokog profila kao što su rijeke Kolumbija i Mekong. Drugi uticaj na velike udaljenosti je sediment. Rijeka je više od toka vode, ona je i tok nanosa, kao što su mulj i pijesak. Rijeke talože ovaj sediment kada uđu u okean, stvarajući deltu. Delte mogu biti izuzetno produktivne – i za poljoprivredu i za ribarstvo – i više od 500 miliona ljudi danas živi u deltama širom svijeta, uključujući one Nila, Ganga, Mekonga i Jangcea. Međutim, kada rijeka uđe u akumulaciju, struja se znatno usporava, a veliki dio sedimenta ispada i ostaje „zarobljen“ iza brane. Akumulacije sada zahvataju otprilike jednu četvrtinu globalnog godišnjeg toka sedimenta—mulj i pijesak koji bi inače pomogli u održavanju delta u slučaju erozije i porasta nivoa mora. Neke ključne delte, kao što je Nil, sada su izgubile više od 90% svog sedimenta i sada tonu i smanjuju se. Stoga, hidroelektrane mogu imati velike uticaje na ključne resurse u velikim slivovima, uključujući globalno važne zalihe hrane, ali, prečesto, ekološki pregled hidroenergetskih projekata fokusira se prvenstveno na lokalne uticaje.

Prolazak ribe oko brana rijetko je ublažio negativne utjecaje brana na migratorne ribe. Prolaz za ribu, kao što su riblje ljestve ili čak dizala, uobičajeni je zahtjev za ublažavanje posljedica za brane. Prolaz za ribu prvobitno je razvijen na rijekama koje su imale moćne vrste riba koje plivaju i skaču, kao što je losos, ali se strukture prolaza sada dodaju branama na velikim tropskim rijekama - poput Mekonga ili pritoka Amazone - iako postoje vrlo ograničeni podaci ili primjeri kako funkcionira prolaz ribe u ovim rijekama. A 2012. pregled svih recenziranih studija o performansama prolaza riba otkrili da je riblji prolaz daleko bolji za lososa nego za druge vrste riba; u prosjeku, strukture imaju stopu uspješnosti od 62% za plivanje lososa uzvodno. Taj broj se može činiti visokim, ali većina riba mora ploviti po više brana zaredom; čak i uz relativno visoku stopu uspješnosti od 62% na svakoj brani, manje od četvrtine lososa bi uspješno prošlo tri brane. Za ne-lososa, stopa uspjeha je bila 21% – čak i sa samo dvije brane, samo 4% riba koje migriraju će biti uspješno (vidi dolje). Nadalje, većina riba također zahtijeva nizvodnu migraciju, barem za larve ili mlade ribe, a stopa prolaska nizvodno je često čak niža.

Hidroenergija više nije najjeftinija tehnologija obnovljive proizvodnje. U proteklim decenijama, cijena vjetra je pala za oko jednu trećinu, a cijena solarne energije za 90% – i izgleda da će se ova smanjenja troškova nastaviti. u međuvremenu, prosječna cijena hidroenergije je nešto porasla u protekloj deceniji, tako da je vjetar na kopnu sada postao najniži prosječni trošak među obnovljivim izvorima energije. Iako je njegova prosječna cijena još uvijek nešto veća od hidroenergije, solarni projekti sada dosljedno postavlja rekord za najjeftinije energetske projekte.

Hidroenergija ima najveću učestalost kašnjenja i prekoračenja troškova među velikim infrastrukturnim projektima. Studija EY otkrila je da je 80 posto hidroenergetskih projekata doživjelo prekoračenje troškova s ​​prosječnim prekoračenjem od 60 posto. Obje ove proporcije bile su najveće među vrstama velikih infrastrukturnih projekata u njihovoj studiji, uključujući fosilne i nuklearne elektrane, vodene projekte i projekte vjetroelektrana na moru. Studija je također otkrila da je 60 posto hidroenergetskih projekata iskusilo kašnjenja s prosječnim kašnjenjem od skoro tri godine, što je više nego samo projektima uglja koji su imali nešto duža prosječna kašnjenja.

Hidroenergija može obezbijediti čvrstu proizvodnju ili skladištenje energije kao podršku varijabilnim obnovljivim izvorima kao što su vjetar i solarna energija...

Vjetar i solarna energija su već vodeći oblik nove generacije koja se dodaje svake godine, a prognoze predviđaju niskougljične mreže gdje su vjetar i solarna energija dominantni oblici proizvodnje. Ali stabilnim mrežama će biti potrebno više od vjetra i sunca, trebat će im i neka kombinacija čvrste proizvodnje i skladište koje će uravnotežiti mreže tokom perioda – od minuta do sedmica – kada dostupnost tih resursa opadne. U mnogim mrežama, hidroenergija je među tehnologijama koje mogu obezbijediti čvrstu energiju. Jedna vrsta hidroenergije – akumulirana hidroelektrana (PSH) – trenutno je dominantan oblik komunalnog skladištenja na mrežama (oko 95%). U PSH projektu, voda se pumpa uzbrdo kada ima dovoljno struje i skladišti se u gornjem rezervoaru. Kada je potrebna struja, voda teče natrag nizbrdo u donji rezervoar, stvarajući električnu energiju za mrežu.

…ali ove usluge se često mogu pružiti bez daljeg gubitka rijeka slobodnog toka. Istraživanja fokusirana na opcije za proširenje mreže pokazala su da zemlje često mogu zadovoljiti buduću potražnju za električnom energijom sa opcijama s niskim udjelom ugljika koje izbjegavaju nove brane na rijekama koje slobodno teku, bilo kroz veća ulaganja u vjetar i solarnu energiju kao zamjenu za hidroenergiju sa velikim negativnim uticajima ili kroz pažljivo postavljanje nove hidroelektrane koji izbjegava izgradnju brana na velikim rijekama slobodnog protoka ili u zaštićenim područjima. Nadalje, dva rezervoara projekta pumpnog skladištenja mogu se izgraditi na lokacijama udaljenim od rijeka i kružiti vodu između njih. Istraživači sa Australijskog nacionalnog univerziteta napravili su mapu 530,000 lokacija širom svijeta sa odgovarajućom topografijom koja podržava pumpno skladištenje izvan kanala, sa samo malim dijelom potrebnim da se obezbijedi dovoljno skladištenja za mreže u kojima dominiraju obnovljivi izvori energije širom svijeta. Postojeći rezervoari ili druge karakteristike kao npr napuštene rudarske jame također se može koristiti u projektima pumpnih skladišta.

Ne uključuju svi globalni scenariji u skladu s klimatskim ciljevima udvostručenje hidroenergije. Iako nekoliko istaknutih organizacija (npr. IEA i IRENA) koje modeliraju kako budući energetski sistemi mogu biti u skladu sa klimatskim ciljevima uključuju udvostručenje globalnog hidroenergetskog kapaciteta, ne rade svi takvi scenariji. Na primjer, dok modeli IEA i IRENA uključuju najmanje 1200 GW novih hidroenergetskih kapaciteta do 2050. godine, među scenarijima koje koristi Međuvladin panel za klimatske promjene (IPCC) koji su u skladu sa 1.5° C cilj, otprilike jedna četvrtina njih uključivala je manje od 500 GW nove hidroenergije. Slično, the Klimatski model jedne Zemlje, također u skladu sa 1.5° C cilj, uključuje samo oko 300 GW nove hidroenergije do 2050. godine.

Proizvodnja hidroenergije može se proširiti bez novih brana Energetski sistemi mogu dodati proizvodnju hidroenergije bez dodavanja novih hidroenergetskih brana na dva osnovna načina: (1) rekonstrukcija postojećih hidroenergetskih projekata modernim turbinama i drugom opremom; i (2) dodavanje turbina na brane bez pogona. A studija američkog Ministarstva energetike otkrili su da bi, uz odgovarajuće finansijske poticaje, ova dva pristupa mogla dodati 11 GW hidroenergije američkoj hidroenergetskoj floti, što je povećanje od 14% u odnosu na današnji kapacitet. Ako bi sličan potencijal bio dostupan u drugim zemljama širom svijeta, to predstavlja više od polovine dodatnih globalnih hidroenergetskih kapaciteta uključenih u Klimatski model jedne Zemlje do 2050. Dalje, dodavanjem „plutajućih solarnih“ projekata na rezervoare iza brana hidroelektrana, koji pokrivaju samo 10% njihove površine, moglo bi se dodati 4,000 GW novih kapaciteta, sposoban da proizvede približno dvostruko više energije nego što se proizvodi iz svih hidroelektrana danas.

Hidroenergija je osjetljiva na klimatske promjene, naglašavajući vrijednost diversifikovanih mreža. Bio sam glavni autor studije koji je otkrio da će do 2050. 61 posto svih globalnih brana hidroelektrana biti u slivovima s vrlo visokim ili ekstremnim rizikom od suša, poplava ili oboje. Do 2050. godine, 1 od 5 postojećih hidroelektrana će biti u područjima visokog rizika od poplava zbog klimatskih promjena, u odnosu na 1 od 25 danas. A studij u Prirodne klimatske promjene predviđa da će do tri četvrtine hidroenergetskih projekata širom svijeta imati smanjenu proizvodnju zbog klimatskih promjena u hidrologiji do sredine ovog stoljeća. Zemlje koje su u velikoj mjeri zavisne od hidroenergije su osjetljive na sušu i, u mnogim regijama, ovaj rizik će se povećati. Na primjer, hidroenergija obezbjeđuje gotovo svu električnu energiju za Zambiju i suša 2016. u južnoj Africi uzrokovao je pad proizvodnje električne energije u Zambiji za 40%, uzrokujući ogromne ekonomske poremećaje i gubitke. Ova ranjivost naglašava vrijednost raznovrsnih izvora proizvodnje unutar mreža.

Hidroenergija nije uvijek sporna, može se naći zajednički jezik. Iako su organizacije za zaštitu prirode i hidroenergetski sektor često imali sporan odnos, može se pronaći zajednički jezik. Na primjer, u Sjedinjenim Državama, predstavnici hidroenergetskog sektora, uključujući Nacionalnu hidroenergetsku asocijaciju (NHA) i nekoliko organizacija za očuvanje, formirali su „Neuobičajeni dijalog za hidroenergiju” (potpuno otkrivanje: predstavljao sam svoju organizaciju, Svjetski fond za divlje životinje-SAD, u ovom dijalogu). Učesnici Neuobičajenog dijaloga složili su se da hidroenergija ima ključnu ulogu u održivoj energetskoj budućnosti i da zaštita i obnova rijeka u SAD-u treba da budu prioritet. Učesnici Neuobičajenog dijaloga podržali su zakon koji je u skladu s tom zajedničkom vizijom, a zakon o infrastrukturi, koji je potpisan prošle godine, uključuje 2.3 milijarde američkih dolara za povećanje hidroenergetskih kapaciteta bez dodavanja novih brana (kroz rekonstrukciju i napajanje brana bez napajanja) i za uklanjanje zastarjelih brana radi obnavljanja rijeka i poboljšanja javne sigurnosti.