Планирование положительного пути природы к устойчивому энергетическому будущему

Приближающаяся Конференция ООН по изменению климата (COP27), которая состоится в Египте в ноябре, сосредоточит внимание на путях, необходимых для достижения глобальных климатических целей. Быстрая декарбонизация экономики имеет ключевое значение для стабилизации климата, в том числе для достижения систем с нулевым потреблением энергии к 2050 году. сообщества и экосистемы; стабилизация климата должна стремиться соответствовать поддержанию систем жизнеобеспечения Земли.

Несколько прогнозов того, что необходимо для создания систем питания, соответствующих модели 1.5° Климатическая цель C предусматривает удвоение глобальных гидроэнергетических мощностей, например, Международное энергетическое агентство (МЭА) и Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (ИРЕНА). Хотя это меньшее пропорциональное увеличение по сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии, такими как ветровая и фотоэлектрическая солнечная энергия, которые, по прогнозам, увеличатся более чем в двадцать раз, удвоение глобальной гидроэнергетической мощности, тем не менее, представляет собой резкое расширение основной инфраструктуры, которая повлияет на реки мира - и разнообразные выгоды, которые они приносят обществу и экономике, от пресноводного рыболовства, которое кормит сотни миллионов, до смягчения последствий наводнений и стабилизации дельт.

Только одна треть крупнейших рек мира остается безнапорной. – а удвоение мировых гидроэнергетических мощностей привело бы к тому, что примерно половина из них была бы перекрыта плотинами, а производство электроэнергии составило бы менее 2% необходимой возобновляемой генерации в 2050 г..

Почти все новые энергетические проекты, в том числе ветровая и солнечная, приведут к некоторым негативным последствиям, но потеря основного типа экосистемы — крупных рек со свободным течением — в таком масштабе будет иметь серьезные компромиссы для людей и природы на глобальном уровне. Таким образом, расширение гидроэнергетики требует особенно тщательного планирования и принятия решений. Здесь я рассматриваю некоторые основные вопросы, относящиеся к оценке гидроэнергетики, в том числе вопросы, которые часто понимают неправильно.

Малая гидроэнергетика часто считается устойчивой или малоэффективной. но это часто не так. Малая гидроэнергетика не имеет последовательного определения (например, некоторые страны классифицируют «малую гидроэнергетику» как все, что имеет мощность до 50 МВт), но часто классифицируется как проекты мощностью менее 10 МВт. Поскольку часто предполагается, что проекты такого размера оказывают незначительное воздействие на окружающую среду, проекты малых гидроэлектростанций часто получают стимулы или субсидии и/или выигрывают от ограниченной экологической экспертизы. Однако распространение плотин малых гидроэлектростанций может привести к значительным кумулятивным воздействиям. Кроме того, даже небольшой проект в особенно плохом месте может привести к неожиданно большим негативным последствиям.

Русловая гидроэнергетика также часто представляется как имеющая ограниченное негативное воздействие. но некоторые из плотин, оказывающих наибольшее воздействие на реки, являются русловыми плотинами.. Русловые плотины не хранят воду в течение длительного времени; количество воды, поступающей в проект, равно количеству воды, вытекающей из проекта, по крайней мере, ежедневно. Тем не менее, русловые проекты могут накапливать воду в течение дня, когда они работают для «гидропиков», сохраняя воду в течение дня и выпуская ее в течение нескольких часов пикового спроса. Такой режим работы может вызвать серьезное негативное воздействие на речные экосистемы нижнего течения. Поскольку русловые плотины не имеют больших водохранилищ, они не оказывают серьезного воздействия на людей и реки, связанного с большими водохранилищами, включая крупномасштабное перемещение населения и нарушение сезонных режимов речного стока. Но эти различия слишком часто приводят к более широким обобщениям, что русловые проекты не оказывают воздействия на реки – или даже эта русловая ГЭС не требует плотины. В то время как некоторые русловые проекты не включают плотину поперек всего русла, многие крупные русловые проекты требуют плотины, которая фрагментирует русло реки (см. фото ниже). Это неуместное обобщение становится особенно проблематичным, когда сторонники проекта указывают на его статус русла реки как на условное обозначение, утверждая, что он окажет минимальное воздействие. Это «поспешное обобщение» было использовано сторонниками плотины Саябури на реке Меконг, которая оказывает серьезное влияние как на миграцию рыбы, так и на улавливание наносов, необходимых дельте нижнего течения.

В то время как экологическая экспертиза плотин гидроэлектростанций часто фокусируется на местных условиях, негативное воздействие может проявляться даже за сотни километров от плотины. Когда плотины гидроэлектростанций блокируют движение мигрирующих рыб, они могут оказывать негативное воздействие на экосистемы всего речного бассейна, как вверх, так и вниз по течению от плотины. А поскольку мигрирующие рыбы часто являются одними из самых важных источников пресноводного рыболовства, это приводит к негативным последствиям для людей, даже тех, кто может жить в сотнях километров от места плотины. Плотины гидроэлектростанций внесли основной вклад к драматическим глобальным потерям мигрирующих рыб, которые отклонено на 76% с 1970, с известными примерами, такими как реки Колумбия и Меконг. Вторым дальним воздействием являются отложения. Река — это больше, чем поток воды, это также поток наносов, таких как ил и песок. Реки откладывают этот осадок, когда они впадают в океан, создавая дельту. Дельты могут быть чрезвычайно продуктивными как для сельского хозяйства, так и для рыболовства, и более 500 миллионов человек сейчас живут в дельтах по всему миру, включая дельты Нила, Ганга, Меконга и Янцзы. Однако, когда река впадает в водохранилище, течение значительно замедляется, и большая часть наносов выпадает и «застревает» за плотиной. Водохранилища в настоящее время захватывают примерно четверть глобального годового потока наносов.ил и песок, которые в противном случае помогли бы сохранить дельты перед лицом эрозии и повышения уровня моря. Некоторые ключевые дельты, такие как Нил, в настоящее время потеряли более 90% своих запасов наносов и сейчас тонут и сокращаются. Таким образом, плотины гидроэлектростанций могут оказывать серьезное воздействие на основные ресурсы крупных речных бассейнов, в том числе глобально важные запасы продовольствия, но слишком часто экологическая экспертиза гидроэнергетических проектов фокусируется главным образом на местном воздействии.

Проход рыбы вокруг плотин редко смягчал негативное воздействие плотин на мигрирующих рыб. Проходы для рыбы, такие как рыбоходы или даже элеваторы, являются обычным требованием для смягчения последствий для плотин. Первоначально рыбопроход был разработан на реках, в которых были мощные плавающие и прыгающие виды рыб, такие как лосось, но в настоящее время к плотинам на больших тропических реках, таких как Меконг или притоки Амазонки, добавляются проходные сооружения, хотя данных очень мало. или примеры того, как работает проход рыбы в этих реках. А Обзор всех рецензируемых исследований эффективности прохода рыбы за 2012 г. обнаружил, что прохождение рыбы работает гораздо лучше для лосося, чем для других видов рыб; в среднем конструкции имеют 62% успеха для лосося, плывущего вверх по течению. Это число может показаться большим, но большинству рыб приходится преодолевать несколько плотин подряд; даже при относительно высоком уровне успеха в 62% на каждой плотине менее четверти лосося успешно преодолевают три плотины. Для не лосося показатель успеха составил 21% - даже при наличии всего двух плотин только 4% мигрирующих рыб будут успешными (см. Ниже). Кроме того, большинству рыб также требуется миграция вниз по течению, по крайней мере, для личинок или молоди рыб, а скорость прохождения вниз по течению часто даже ниже.

Гидроэнергетика больше не является самой дешевой технологией возобновляемой генерации. За последние десятилетия стоимость ветра снизилась примерно на одну треть, а стоимость солнечной энергии снизилась на 90%, и это снижение стоимости, вероятно, продолжится. Тем временем, средняя стоимость гидроэнергетики несколько увеличилась за последнее десятилетие, так что в настоящее время береговой ветер стал самой низкой средней стоимостью среди возобновляемых источников энергии.. Хотя его средняя стоимость все еще немного выше, чем у гидроэлектростанций, солнечные проекты сейчас постоянно устанавливал рекорд по самой низкой стоимости энергетического проекта.

Гидроэнергетика имеет самую высокую частоту задержек и перерасхода средств среди крупных инфраструктурных проектов. Исследование, проведенное EY, показало, что 80% гидроэнергетических проектов перерасходовали средства, в среднем 60%. Обе эти доли были самыми высокими среди типов крупных инфраструктурных проектов в их исследовании, включая электростанции, работающие на ископаемом топливе, и атомные электростанции, водные проекты и морские ветровые проекты. Исследование также показало, что 60 процентов гидроэнергетических проектов имели задержки со средней задержкой почти на три года, уступая только угольным проектам, у которых средние задержки были немного больше.

Гидроэнергетика может обеспечить надежное производство или хранение энергии в поддержку переменных возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнечная энергия….

Ветер и солнечная энергия уже являются ведущей формой новой генерации, добавляемой каждый год, и прогнозы предусматривают низкоуглеродные сети, где доминирующими формами генерации являются ветер и солнечная энергия. Но стабильным сетям потребуется больше, чем ветровая и солнечная энергия, им также потребуется некоторая комбинация надежной генерации и хранилище, которое будет балансировать сети в периоды — от минут до недель — когда доступность этих ресурсов падает. Во многих сетях гидроэнергетика входит в число технологий, которые могут обеспечить гарантированную энергию. Один тип гидроэнергетики — гидроаккумулирующие гидроэлектростанции (ГАЭС) — в настоящее время является доминирующей формой энергоаккумулирования коммунального масштаба в сетях (около 95%). В проекте PSH вода закачивается вверх, когда энергии много, и хранится в верхнем резервуаре. Когда требуется электроэнергия, вода стекает вниз по склону в нижний резервуар, вырабатывая электроэнергию для сети.

…но эти услуги часто могут предоставляться без дальнейшей потери свободного течения рек. Исследования, посвященные вариантам расширения сети, показали, что страны часто могут удовлетворить будущий спрос на электроэнергию с помощью низкоуглеродных вариантов, позволяющих избежать строительства новых плотин на реках со свободным течением либо за счет увеличение инвестиций в ветровую и солнечную энергию для замены гидроэнергетики с большими негативными последствиями или через тщательное размещение новой гидроэлектростанции что позволяет избежать строительства плотин на крупных реках со свободным течением или на охраняемых территориях. Кроме того, два водохранилища проекта гидроаккумулирования могут быть построены вдали от рек и обеспечивать циркуляцию воды между ними. Исследователи из Австралийского национального университета нанесли на карту Расположение 530,000 по всему миру с соответствующей топографией для поддержки внеканального гидроаккумулирования, при этом требуется лишь небольшая часть для обеспечения достаточного объема для энергосистем с преобладанием возобновляемых источников энергии по всему миру. Существующие резервуары или другие особенности, такие как заброшенные карьеры также может использоваться в проектах гидроаккумулирования.

Не все глобальные сценарии, соответствующие климатическим целям, предусматривают удвоение гидроэнергетики. Хотя несколько известных организаций (например, IEA и IRENA), которые моделируют, как будущие энергетические системы могут соответствовать климатическим целям, включают удвоение глобальной гидроэнергетической мощности, не все такие сценарии таковы. Например, в то время как модели МЭА и IRENA включают не менее 1200 ГВт новых гидроэнергетических мощностей к 2050 году, среди сценариев, используемых Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК), которые согласуются с 1.5° C, примерно четверть из них включает менее 500 ГВт новых гидроэлектростанций. Точно так же Модель климата одной Земли, также соответствует 1.5° Цель C включает только около 300 ГВт новых гидроэлектростанций к 2050 году.

Производство гидроэлектроэнергии может расширяться без строительства плотин Энергетические системы могут добавить производство гидроэлектроэнергии без добавления новых плотин гидроэлектростанций двумя основными способами: (1) модернизация существующих гидроэнергетических проектов современными турбинами и другим оборудованием; и (2) добавление турбин к плотинам без привода. А исследование Министерства энергетики США обнаружили, что при наличии правильных финансовых стимулов эти два подхода могут добавить 11 ГВт гидроэнергии к парку гидроэлектростанций США, что на 14% больше, чем сегодняшняя мощность. Если бы аналогичный потенциал имелся в других странах мира, это составляло бы более половины дополнительной глобальной гидроэнергетической мощности, включенной в Модель климата одной Земли к 2050 году. Кроме того, добавление «плавучих солнечных» проектов на водохранилищах за плотинами гидроэлектростанций, покрывающих всего 10% их поверхности, может добавить 4,000 ГВт новых мощностей, способная генерировать примерно в два раза больше энергии, чем сегодня вырабатывается из всей гидроэнергетики.

Гидроэнергетика уязвима к изменению климата, что подчеркивает ценность диверсифицированных сетей. Я был ведущий автор исследования это показало, что к 2050 году 61 процент всех мировых плотин гидроэлектростанций будет находиться в бассейнах с очень высоким или экстремальным риском засухи, наводнения или того и другого. К 2050 году 1 из 5 существующих гидроэлектростанций будет находиться в зонах высокого риска затопления из-за изменения климата, по сравнению с 1 из 25 сегодня. А учиться в Изменение климата, природы предсказал, что к середине этого века до трех четвертей гидроэнергетических проектов во всем мире будут сокращать выработку из-за климатических сдвигов в гидрологии. Страны, сильно зависящие от гидроэнергетики, уязвимы перед засухой, и во многих регионах этот риск возрастет. Например, гидроэнергетика обеспечивает почти всю электроэнергию для Замбии и засухи 2016 года на юге Африки. привело к снижению производства электроэнергии в Замбии на 40%, вызывая огромные экономические потрясения и убытки. Эта уязвимость подчеркивает ценность диверсифицированных источников генерации в сетях.

Гидроэнергетика не всегда вызывает споры, можно найти точки соприкосновения. В то время как природоохранные организации и гидроэнергетический сектор часто имели спорные отношения, можно найти точки соприкосновения. Например, в США представители гидроэнергетического сектора, включая Национальную гидроэнергетическую ассоциацию (NHA), и несколько природоохранных организаций сформировали «Необычный диалог для гидроэнергетики(полное раскрытие: в этом диалоге я представлял свою организацию, Всемирный фонд дикой природы США). Участники Необычного диалога согласились с тем, что гидроэнергетика играет ключевую роль в устойчивом энергетическом будущем и что защита и восстановление рек в США должны быть приоритетом. Участники «Необычного диалога» поддержали закон, соответствующий этому общему видению, и законопроект об инфраструктуре, подписанный в прошлом году, включает 2.3 миллиарда долларов США для увеличения гидроэнергетической мощности без строительства новых плотин. (путем модернизации и питания неэлектромеханических плотин) и для удаления стареющих плотин для восстановления рек и повышения общественной безопасности.