Vytyčení přírodně pozitivní cesty k udržitelné energetické budoucnosti

Blížící se konference OSN o změně klimatu (COP27), která se bude konat v listopadu v Egyptě, zaměřuje pozornost na cesty potřebné k dosažení globálních klimatických cílů. Rychlá dekarbonizace ekonomik je zásadní pro stabilizaci klimatu, včetně dosažení čistých systémů s nulovou spotřebou energie do roku 2050. Ale vzhledem k tomu, že svět také čelí krizi přírody a biologické rozmanitosti a usiluje o dosažení souboru rozvojových cílů, musí tyto cesty zohledňovat svůj dopad na společenství a ekosystémy; stabilizace klimatu by se měla snažit být v souladu se zachováním systémů podpory života na Zemi.

Několik projekcí toho, co je potřeba k dosažení energetických systémů v souladu s 1.5° C klimatický cíl se vyznačuje zdvojnásobením globální kapacity vodních elektráren, jako jsou ty z Mezinárodní energetická agentura (IEA) a Mezinárodní agentura pro energii z obnovitelných zdrojů (IRENA). I když se jedná o menší proporcionální nárůst než u jiných obnovitelných zdrojů, jako je větrná a solární fotovoltaika, u nichž se předpokládá více než dvacetinásobný nárůst, zdvojnásobení globální kapacity vodních elektráren nicméně představuje dramatické rozšíření hlavní infrastruktury, která ovlivní světové řeky – a rozmanité výhody, které poskytují společnostem a ekonomikám ze sladkovodního rybolovu, který živí stovky milionů lidí, pro zmírnění povodní a stabilní delty.

Pouze jedna třetina největších světových řek zůstává volně tekoucí – a zdvojnásobení celosvětové kapacity vodních elektráren by vedlo k přehrazení přibližně poloviny z nich, přičemž by se vyrobilo méně než 2 % potřebné obnovitelné výroby v roce 2050.

Téměř všechny nové energetické projekty, včetně větrné a solární energie, způsobí určité negativní dopady, ale ztráty hlavního typu ekosystému – velké, volně tekoucí řeky – v takovém rozsahu bude mít velké kompromisy pro lidi a přírodu na globální úrovni. Expanze vodní energie si jako taková zasluhuje zvláště pečlivé plánování a rozhodování. Zde zkoumám některé hlavní problémy relevantní pro hodnocení vodní energie, včetně problémů, které jsou často nepochopeny.

Často se předpokládá, že malá vodní energie je udržitelná nebo má malý dopad, ale často tomu tak není. Malá vodní energie není důsledně definována (např. některé země klasifikují „malou vodní energii“ jako cokoli do 50 MW), ale často se kategorizují jako projekty pod 10 MW. Protože se často předpokládá, že projekty takové velikosti mají malý dopad na životní prostředí, malé vodní projekty často dostávají pobídky nebo dotace a/nebo těží z omezeného environmentálního přezkumu. Šíření malých vodních elektráren však může způsobit značné kumulativní dopady. Navíc i malý projekt ve zvláště špatné lokalitě může způsobit překvapivě velké negativní dopady.

Průtočná vodní energie je také často prezentována jako energie s omezenými negativními dopady, ale některé z přehrad s nejvyššími dopady na řeky jsou průtočné přehrady. Průtokové přehrady neskladují vodu na dlouhou dobu; množství vody přitékající do projektu je stejné jako množství odtékající z projektu – alespoň na denní bázi. Průtokové projekty se však mohou skladovat během jednoho dne, když pracují pro „hydropeaking“, ukládají vodu po celý den a uvolňují ji během několika hodin špičkové poptávky. Tento způsob provozu může způsobit závažné negativní dopady na ekosystémy po proudu řeky. Protože průtočné přehrady nemají velké zásobní nádrže, nezpůsobují některé z hlavních dopadů na lidi a řeky spojené s velkými zásobními nádržemi, včetně rozsáhlého vysídlení komunit a narušení sezónních vzorců toku řek. Tyto rozdíly však příliš často vedou k dalekosáhlejším zobecněním, že projekty na řece nemají dopad na řeky – popř. dokonce i ta průtočná vodní energie nevyžaduje přehradu. Zatímco některé projekty s průtokem řeky nezahrnují přehradu přes celý kanál, mnoho velkých projektů s průtokem řeky vyžaduje přehradu, která rozděluje říční kanál (viz foto níže). Toto nepřiměřené zobecnění se stává zvláště problematické, když zastánci projektu poukazují na to, že jeho stav stékající se řeky je zkratkou pro argument, že bude mít minimální dopady. Toto „ukvapené zobecnění“ použili zastánci přehrady Xayaboury na řece Mekong, která má zásadní dopady jak na migraci ryb, tak na zachycování sedimentů potřebných pro deltu po proudu.

Zatímco environmentální hodnocení přehrad vodních elektráren se často zaměřují na místní podmínky, negativní dopady se mohou ve skutečnosti projevit i stovky kilometrů daleko od přehrady. Když vodní přehrady blokují pohyb stěhovavých ryb, mohou způsobit negativní dopady na ekosystémy v celém povodí, a to jak proti proudu, tak po proudu od přehrady. A protože stěhovavé ryby často patří mezi nejdůležitější přispěvatele do sladkovodního rybolovu, má to negativní dopady na lidi, dokonce i na ty, kteří mohou žít stovky kilometrů od místa přehrady. Hlavním přispěvatelem byly vodní přehrady k dramatickým celosvětovým ztrátám stěhovavých ryb, které mají od roku 76 klesla o 1970 %.s významnými příklady, jako jsou řeky Columbia a Mekong. Druhým dopadem na velkou vzdálenost je sediment. Řeka je víc než tok vody, je to také tok sedimentů, jako je bahno a písek. Řeky ukládají tento sediment při vstupu do oceánu a vytvářejí deltu. Delty mohou být extrémně produktivní – jak pro zemědělství, tak pro rybolov – a více než 500 milionů lidí nyní žije v deltách po celém světě, včetně delt Nilu, Gangy, Mekongu a Jang-c’-ťiang. Když však řeka vstoupí do nádrže, proud se značně zpomalí a velká část sedimentu vypadne a je „uvězněna“ za přehradou. Nádrže nyní zachycují přibližně jednu čtvrtinu celosvětového ročního toku sedimentů –bahno a písek, které by jinak pomáhaly udržovat delty tváří v tvář erozi a vzestupu hladiny moře. Některé klíčové delty, jako je Nil, nyní ztratily více než 90 % zásob sedimentů a nyní se propadají a zmenšují. Vodní přehrady tak mohou mít zásadní dopad na klíčové zdroje napříč velkými povodími, včetně celosvětově důležité zásoby potravin, ale příliš často se environmentální přezkum hydroenergetických projektů zaměřuje především na místní dopady.

Průchod ryb kolem přehrad jen zřídka zmírnil negativní dopady přehrad na stěhovavé ryby. Průchod ryb, jako jsou rybí žebříky nebo dokonce výtahy, je běžným požadavkem na zmírnění přehrad. Průchod ryb byl původně vyvinut na řekách, které měly silné plavecké a skákající druhy ryb, jako je losos, ale nyní se do přehrad na velkých tropických řekách – jako je Mekong nebo přítoky do Amazonky – přidávají struktury průchodů, i když k dispozici jsou velmi omezené údaje. nebo příklady fungování rybího přechodu v těchto řekách. A 2012 přehled všech recenzovaných studií o výkonnosti rybího průchodu zjistili, že průchod pro ryby fungoval u lososa mnohem lépe než u jiných druhů ryb; v průměru mají struktury 62% úspěšnost pro lososy plavající proti proudu. Toto číslo se může zdát vysoké, ale většina ryb musí proplout více přehradami za sebou; i při relativně vysoké úspěšnosti 62 % na každé přehradě by necelá čtvrtina lososů úspěšně překonala tři přehrady. U nelososů byla úspěšnost 21 % – i se dvěma matkami budou úspěšná pouze 4 % migrujících ryb (viz níže). Dále většina ryb také vyžaduje migraci po proudu, alespoň pro larvy nebo mladé ryby, a rychlost průchodu po proudu je často ještě nižší.

Vodní energie již není technologií obnovitelné výroby s nejnižšími náklady. V posledních desetiletích se náklady na větrnou energii snížily asi o jednu třetinu a náklady na solární energii klesly o 90 % – a zdá se, že toto snižování nákladů bude pravděpodobně pokračovat. Mezitím, průměrné náklady na vodní energii se za poslední desetiletí poněkud zvýšily, takže větrná energie na souši se nyní stala nejnižší průměrnou cenou mezi obnovitelnými zdroji energie. Přestože její průměrné náklady jsou stále o něco vyšší než u vodní energie, solární projekty nyní důsledně nastavit rekord pro projekt s nejnižšími náklady na energii.

Vodní energie má nejvyšší frekvenci zpoždění a překročení nákladů mezi velkými infrastrukturními projekty. Studie společnosti EY zjistila, že u 80 procent projektů vodních elektráren došlo k překročení nákladů s průměrným překročením o 60 procent. Oba tyto podíly byly nejvyšší mezi typy velkých infrastrukturních projektů v jejich studii, včetně fosilních a jaderných elektráren, vodních projektů a pobřežních větrných projektů. Studie také zjistila, že 60 procent projektů vodních elektráren zaznamenalo zpoždění s průměrným zpožděním téměř tři roky, překročeno pouze u uhelných projektů, které měly o něco delší průměrná zpoždění.

Vodní energie může poskytnout pevnou výrobu nebo skladování energie na podporu proměnlivých obnovitelných zdrojů, jako je vítr a slunce….

Vítr a solární energie jsou již hlavní formou nové generace přidávané každý rok a předpovědi předpokládají nízkouhlíkové sítě, kde jsou vítr a slunce dominantními formami výroby. Ale stabilní sítě budou potřebovat více než větrné a solární, budou také potřebovat nějakou kombinaci pevné výroby a úložiště, které vyrovná sítě během období – od minut až po týdny – kdy dostupnost těchto zdrojů klesne. V mnoha sítích patří vodní energie mezi technologie, které mohou poskytnout pevnou energii. Jeden typ vodní energie – přečerpávací vodní energie (PSH) – je v současné době dominantní formou skladování v rozvodných sítích (asi 95 %). V projektu PSH se voda čerpá do kopce, když je dostatek energie, a ukládá se do horní nádrže. Když je potřeba energie, voda teče zpět z kopce do spodní nádrže a vyrábí elektřinu pro rozvodnou síť.

…ale tyto služby lze často poskytovat bez další ztráty volně tekoucích řek. Výzkum zaměřený na možnosti rozšíření sítě ukázal, že země mohou často uspokojit budoucí poptávku po elektřině pomocí nízkouhlíkových možností, které se vyhýbají novým přehradám na volně tekoucích řekách, a to buď prostřednictvím větší investice do větrné a solární energie jako náhrada za vodní energii s velkými negativními dopady nebo skrz pečlivé umístění nové vodní elektrárny která zabrání výstavbě přehrad na velkých volně tekoucích řekách nebo v chráněných oblastech. Kromě toho mohou být dvě nádrže projektu přečerpávacích nádrží postaveny v místech mimo řeky a cirkulovat vodu tam a zpět mezi nimi. Zmapovali vědci z Australské národní univerzity 530,000 XNUMX míst po celém světě s vhodnou topografií pro podporu přečerpávacích elektráren mimo kanál, přičemž pouze malá část je potřebná k zajištění dostatečného úložiště pro sítě s převahou obnovitelných zdrojů po celém světě. Stávající nádrže nebo jiné prvky jako např opuštěné těžební jámy lze také použít v projektech přečerpávacích nádrží.

Ne všechny globální scénáře v souladu s klimatickými cíli zahrnují zdvojnásobení vodní energie. Ačkoli několik významných organizací (např. IEA a IRENA), které modelují, jak mohou budoucí energetické systémy být v souladu s klimatickými cíli, zahrnuje zdvojnásobení globální kapacity vodních elektráren, ne všechny takové scénáře tomu tak jsou. Zatímco například modely IEA a IRENA zahrnují do roku 1200 alespoň 2050 GW nové kapacity vodní energie, mezi scénáři používanými Mezivládním panelem pro změnu klimatu (IPCC), které jsou v souladu s 1.5° C, přibližně jedna čtvrtina z nich zahrnovala méně než 500 GW nové vodní energie. Podobně, Jeden zemský klimatický model, také v souladu s 1.5° C cíl, zahrnuje pouze asi 300 GW nové vodní energie do roku 2050.

Výroba vodní energie se může rozšířit bez nových přehrad Energetické systémy mohou přidat výrobu vodní energie bez přidávání nových vodních elektráren dvěma hlavními způsoby: (1) modernizací stávajících hydroenergetických projektů moderními turbínami a dalším vybavením; a (2) přidání turbín k přehradám bez pohonu. A studie amerického ministerstva energetiky zjistili, že se správnými finančními pobídkami by tyto dva přístupy mohly přidat 11 GW vodní energie do americké vodní flotily, což je nárůst o 14 % oproti dnešní kapacitě. Pokud by podobný potenciál byl k dispozici v jiných zemích po celém světě, představuje to více než polovinu dodatečné globální kapacity vodních elektráren zahrnutých do tohoto systému Jeden zemský klimatický model do roku 2050. Dále přidání „plovoucích solárních“ projektů na nádrže za přehradami vodních elektráren, které pokrývají pouhých 10 % jejich povrchu, by mohlo 4,000 XNUMX GW nové kapacity, schopný vyrábět přibližně dvakrát tolik energie, než se dnes vyrábí ze všech vodních elektráren.

Vodní energie je citlivá na změnu klimatu, což zdůrazňuje hodnotu diverzifikovaných sítí. Byl jsem hlavní autor studie že do roku 2050 bude 61 procent všech světových přehrad na vodní elektrárny v povodích s velmi vysokým nebo extrémním rizikem sucha, záplav nebo obojího. Do roku 2050 bude 1 z 5 stávajících vodních elektráren v oblastech s vysokým rizikem záplav kvůli změně klimatu, oproti dnešnímu 1 z 25. A studium Příroda Změna klimatu předpověděli, že až tři čtvrtiny projektů vodní energie na celém světě budou mít do poloviny tohoto století sníženou výrobu kvůli klimatickým posunům v hydrologii. Země, které jsou vysoce závislé na vodní energii, jsou zranitelné suchem a v mnoha regionech se toto riziko zvýší. Například vodní energie poskytuje téměř veškerou elektřinu pro Zambii a sucho v roce 2016 v jižní Africe způsobilo pokles národní výroby elektřiny v Zambii o 40%, což způsobuje nesmírný ekonomický rozvrat a ztráty. Tato zranitelnost zdůrazňuje hodnotu diverzifikovaných zdrojů výroby v rámci sítí.

Vodní energie není vždy sporná, lze najít společnou řeč. Zatímco ochranářské organizace a sektor vodní energie měly často sporný vztah, lze nalézt společnou řeč. Například ve Spojených státech vytvořili zástupci odvětví vodní energie, včetně National Hydropower Association (NHA), a několik ochranářských organizací tzv.Neobvyklý dialog pro vodní energii“ (úplné zveřejnění: V tomto dialogu jsem zastupoval svou organizaci, World Wildlife Fund-US). Účastníci Uncommon Dialogue se shodli, že vodní energie hraje klíčovou roli v udržitelné energetické budoucnosti a že ochrana a obnova řek v USA by měla být prioritou. Účastníci Uncommon Dialogue podpořili legislativu v souladu s touto sdílenou vizí a zákon o infrastruktuře, podepsaný v loňském roce, zahrnoval 2.3 miliardy USD na zvýšení kapacity vodních elektráren bez přidání nových přehrad. (prostřednictvím modernizace a napájení nepoháněných přehrad) a za odstranění stárnoucích přehrad s cílem obnovit řeky a zlepšit veřejnou bezpečnost.