Planiranje prirodnog pozitivnog puta do održive energetske budućnosti

Približava se Konferencija UN-a o klimatskim promjenama (COP27), koja će se održati u Egiptu u studenom, usredotočuje pozornost na putove potrebne za postizanje globalnih klimatskih ciljeva. Brza dekarbonizacija gospodarstava ključna je za stabilizaciju klime, uključujući postizanje sustava neto nulte energije do 2050. No budući da se svijet također suočava s krizom prirode/bioraznolikosti i nastoji postići niz razvojnih ciljeva, ovi putovi moraju uzeti u obzir svoj utjecaj na zajednice i ekosustavi; stabilizacija klime treba nastojati biti u skladu s održavanjem Zemljinih sustava za održavanje života.

Nekoliko projekcija onoga što je potrebno za postizanje elektroenergetskih sustava u skladu s 1.5° C klimatski cilj predstavlja udvostručenje globalnih hidroenergetskih kapaciteta, poput onih iz Međunarodna agencija za energiju (IEA) i Međunarodna agencija za obnovljive izvore energije (IRENA). Iako je to manji proporcionalni porast od ostalih obnovljivih izvora energije kao što su vjetar i solarna fotonaponska energija, za koje se predviđa da će se povećati više od dvadeset puta, udvostručenje globalnog hidroenergetskog kapaciteta svejedno predstavlja dramatično širenje glavne infrastrukture koja će utjecati na svjetske rijeke – i raznolike dobrobiti koje pružaju društvima i gospodarstvima od slatkovodnog ribarstva koje hrani stotine milijuna do ublažavanja poplava i stabilnih delti.

Samo jedna trećina najvećih svjetskih rijeka i dalje slobodno teče – a udvostručenje globalnih hidroenergetskih kapaciteta rezultiralo bi pregradom oko polovice tih, dok bi se proizvodilo manje od 2% potrebne proizvodnje iz obnovljivih izvora 2050.

Gotovo svi novi energetski projekti, uključujući vjetar i sunce, uzrokovat će neke negativne utjecaje, ali gubitke velikog tipa ekosustava - velikih rijeka koje slobodno teku - u toj mjeri imat će velike kompromise za ljude i prirodu na globalnoj razini. Kao takvo, proširenje hidroelektrana zaslužuje posebno pažljivo planiranje i donošenje odluka. Ovdje ispitujem neka glavna pitanja relevantna za procjenu hidroenergije, uključujući pitanja koja su često pogrešno shvaćena.

Često se pretpostavlja da su male hidroelektrane održive ili imaju mali utjecaj, ali to često nije slučaj. Male hidroelektrane nisu dosljedno definirane (npr. neke zemlje klasificiraju 'male hidroelektrane' kao sve do 50 MW), ali se često kategoriziraju kao projekti ispod 10 MW. Budući da se često pretpostavlja da projekti te veličine imaju manje utjecaje na okoliš, projekti malih hidroelektrana često dobivaju poticaje ili subvencije i/ili imaju koristi od ograničenog pregleda okoliša. Međutim, širenje brana malih hidroelektrana može izazvati znatne kumulativne učinke. Nadalje, čak i mali projekt na posebno lošoj lokaciji može izazvati iznenađujuće velike negativne učinke.

Protočna hidroenergija također se često predstavlja s ograničenim negativnim utjecajem, ali neke od brana s najvećim utjecajem na rijeke su protočne brane. Protočne brane ne pohranjuju vodu dulje vrijeme; količina vode koja teče u projekt jednaka je količini koja teče iz projekta – barem na dnevnoj bazi. Međutim, protočni projekti mogu skladištiti unutar jednog dana kada rade za "hidropiking", skladištenje vode tijekom dana i ispuštanje tijekom nekoliko sati vršne potražnje. Ovakav način rada može izazvati velike negativne utjecaje na nizvodne riječne ekosustave. Budući da protočne brane nemaju velike akumulacijske rezervoare, one ne uzrokuju neke od glavnih utjecaja na ljude i rijeke povezane s velikim akumulacijskim rezervoarima, uključujući raseljavanje zajednica velikih razmjera i poremećaje sezonskih obrazaca riječnog toka. Ali te razlike prečesto dovode do sveobuhvatnijih generalizacija da protočni projekti nemaju utjecaja na rijeke – ili čak ni ta protočna hidroelektrana ne zahtijeva branu. Dok neki protočni projekti ne uključuju branu preko cijelog kanala, mnogi veliki protočni projekti zahtijevaju branu koja fragmentira riječni kanal (vidi sliku ispod). Ova neprikladna generalizacija postaje posebno problematična kada zagovornici projekta ukazuju na njegov status protočnog područja kao na kratko za tvrdnju da će imati minimalne utjecaje. Tu "ishitrenu generalizaciju" upotrijebili su zagovornici brane Xayaboury na rijeci Mekong, koja ima veliki utjecaj i na migraciju riba i na hvatanje sedimenta potrebnog za nizvodnu deltu.

Dok se ekološki pregledi hidroenergetskih brana često fokusiraju na lokalne uvjete, negativni utjecaji zapravo se mogu manifestirati čak i stotinama kilometara dalje od brane. Kada brane hidroelektrana blokiraju kretanje migratornih riba, mogu izazvati negativne utjecaje na ekosustave u cijelom riječnom slivu, uzvodno i nizvodno od brane. A budući da su migratorne ribe često među najvažnijim čimbenicima u slatkovodnom ribarstvu, to se prevodi kao negativan utjecaj na ljude, čak i na one koji žive stotinama kilometara od brane. Brane hidroelektrana dale su primarni doprinos do dramatičnih globalnih gubitaka migratornih riba, koje su pala za 76% od 1970, s istaknutim primjerima kao što su rijeke Columbia i Mekong. Drugi udar s velike udaljenosti je sediment. Rijeka je više od toka vode, to je i tok sedimenta, poput mulja i pijeska. Rijeke talože ovaj sediment kada uđu u ocean, stvarajući deltu. Delte mogu biti iznimno produktivne - i za poljoprivredu i za ribarstvo - i više od 500 milijuna ljudi sada živi u deltama diljem svijeta, uključujući one Nila, Gangesa, Mekonga i Yangtzea. Međutim, kada rijeka uđe u akumulaciju, struja se znatno usporava, a velik dio sedimenta ispadne i ostane "zarobljen" iza brane. Rezervoari sada hvataju otprilike jednu četvrtinu globalnog godišnjeg toka sedimenta—mulja i pijeska koji bi inače pomogli u održavanju delta u uvjetima erozije i porasta razine mora. Neke ključne delte, poput Nila, sada su izgubile više od 90% svojih zaliha sedimenta i sada tonu i smanjuju se. Stoga hidroelektrane mogu imati veliki utjecaj na ključne resurse u velikim riječnim slivovima, uključujući globalno važne zalihe hrane, ali prečesto se ekološki pregled hidroenergetskih projekata prvenstveno fokusira na lokalne utjecaje.

Prolaz ribe oko brana rijetko je ublažio negativne utjecaje brana na migratorne ribe. Prolazi za ribe, kao što su riblje ljestve ili čak dizala, uobičajeni su zahtjev za ublažavanje za brane. Prolazi za ribe izvorno su razvijeni na rijekama koje su imale snažne vrste riba koje plivaju i skaču, poput lososa, ali strukture prolaza sada se dodaju branama na velikim tropskim rijekama — poput Mekonga ili pritoka Amazone — iako postoje vrlo ograničeni podaci ili primjere kako prolazi riba u ovim rijekama. A 2012. pregled svih recenziranih studija o uspješnosti 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 se broj može činiti visok, ali većina riba mora ploviti kroz više brana u nizu; čak i uz relativno visoku stopu uspješnosti od 62% na svakoj brani, manje od četvrtine lososa uspješno bi prošlo tri brane. Za ne-losose, stopa uspjeha bila je 21% – čak i sa samo dvije brane, samo 4% migrirajućih riba bit će uspješno (vidi dolje). Nadalje, većini riba također je potrebna migracija nizvodno, barem za ličinke ili mlade ribe, a stopa prolaza nizvodno često je čak niža.

Hidroenergija više nije najjeftinija tehnologija proizvodnje obnovljivih izvora energije. U prošlim desetljećima cijena vjetra pala je za otprilike jednu trećinu, a cijena solarne energije pala je za 90% – i čini se da će se ta smanjenja troškova vjerojatno nastaviti. U međuvremenu, prosječna cijena hidroenergije donekle je porasla tijekom prošlog desetljeća, tako da je kopneni vjetar sada postao najniži prosječni trošak među obnovljivim izvorima energije. Iako je njegova prosječna cijena još uvijek nešto viša od hidroenergije, solarni projekti sada dosljedno postavljati rekord za najjeftiniji energetski projekt.

Hidroelektrane imaju najveću učestalost kašnjenja i prekoračenja troškova među velikim infrastrukturnim projektima. Studija koju je proveo EY pokazala je da je 80 posto hidroenergetskih projekata doživjelo prekoračenje troškova s ​​prosječnim prekoračenjem od 60 posto. Oba ova udjela bila su najveća među vrstama velikih infrastrukturnih projekata u njihovoj studiji, uključujući fosilne i nuklearne elektrane, vodene projekte i projekte pučinske vjetroelektrane. Studija je također otkrila da je 60 posto hidroenergetskih projekata doživjelo kašnjenja s prosječnim kašnjenjem od gotovo tri godine, što su nadmašili samo projekti na ugljen koji su imali nešto duža prosječna kašnjenja.

Hidroenergija može osigurati čvrstu proizvodnju ili skladištenje energije kao podršku varijabilnim obnovljivim izvorima kao što su vjetar i sunce….

Vjetar i sunce već su vodeći oblik nove generacije koja se dodaje svake godine, a predviđanja predviđaju niskougljične mreže gdje su vjetar i sunce dominantni oblici proizvodnje. Ali stabilne mreže će trebati više od vjetra i sunca, također će trebati neku kombinaciju čvrste proizvodnje i pohranu koja će uravnotežiti mreže tijekom razdoblja—od minuta do tjedana—kada dostupnost tih resursa opadne. U mnogim mrežama hidroenergija je među tehnologijama koje mogu osigurati čvrstu energiju. Jedna vrsta hidroenergije—pumpna akumulacija hidroenergije (PSH)—trenutačno je dominantan oblik skladištenja u mreži (oko 95%). U projektu PSH, voda se pumpa uzbrdo kada ima energije u izobilju i pohranjuje se u gornji spremnik. Kada je potrebna energija, voda teče natrag nizbrdo u donji rezervoar, stvarajući električnu energiju za mrežu.

...ali te se usluge često mogu pružiti bez daljnjeg gubitka rijeka koje slobodno teku. Istraživanje usmjereno na mogućnosti proširenja mreže pokazalo je da zemlje često mogu zadovoljiti buduću potražnju za električnom energijom opcijama s niskim udjelom ugljika koje izbjegavaju nove brane na slobodnim rijekama, bilo kroz veća ulaganja u vjetar i sunce kao zamjenu za hidroenergiju s velikim negativnim utjecajima ili kroz pažljivo lociranje nove hidroelektrane koji izbjegava izgradnju brana na velikim rijekama koje slobodno teku ili u zaštićenim područjima. Nadalje, dva rezervoara projekta crpne akumulacije mogu se izgraditi na mjestima udaljenim od rijeka i kružiti vodu naprijed-natrag između njih. Istraživači s Australskog nacionalnog sveučilišta mapirali su 530,000 lokacija diljem svijeta s odgovarajućom topografijom za podršku pumpnom skladištenju izvan kanala, sa samo malim dijelom potrebnim za osiguranje dovoljnog skladišta za mreže u kojima dominiraju obnovljivi izvori energije diljem svijeta. Postojeći rezervoari ili druge značajke kao što su 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 sustavi mogu biti u skladu s klimatskim ciljevima uključuju udvostručenje globalnog hidroenergetskog kapaciteta, ne čine svi takvi scenariji. Na primjer, dok modeli IEA i IRENA uključuju najmanje 1200 GW novih hidroenergetskih kapaciteta do 2050., među scenarijima koje koristi Međuvladin panel o klimatskim promjenama (IPCC) koji su u skladu s 1.5° C cilja, otprilike jedna četvrtina njih uključivala je manje od 500 GW nove hidroenergije. Slično tome, Klimatski model jedne Zemlje, također u skladu s 1.5° C cilj uključuje samo oko 300 GW nove hidroelektrane do 2050.

Proizvodnja hidroenergije može se proširiti bez novih brana Energetski sustavi mogu dodati proizvodnju hidroenergije bez dodavanja novih hidroenergetskih brana na dva primarna načina: (1) naknadno opremanje 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, s odgovarajućim financijskim poticajima, ta dva pristupa mogla dodati 11 GW hidroenergije američkoj hidroelektranskoj floti, što je povećanje od 14% u odnosu na današnji kapacitet. Kad bi sličan potencijal bio dostupan u drugim zemljama diljem svijeta, to bi predstavljalo više od polovice dodatnih globalnih hidroenergetskih kapaciteta uključenih u Klimatski model jedne Zemlje do 2050. Nadalje, dodavanje "plutajućih solarnih" projekata na akumulacijama iza brana hidroelektrana, koji pokrivaju samo 10% njihove površine, moglo bi dodati 4,000 GW novih kapacitetasposoban generirati približno dvostruko više energije nego što se proizvodi iz svih hidroelektrana danas.

Hidroenergija je osjetljiva na klimatske promjene, što naglašava vrijednost diverzificiranih mreža. Bio sam glavni autor studije koji je otkrio da će do 2050. godine 61 posto svih globalnih hidroenergetskih brana biti u bazenima s vrlo visokim ili ekstremnim rizikom od suša, poplava ili oboje. Do 2050. 1 od 5 postojećih brana hidroelektrana bit će u područjima visokog rizika od poplava zbog klimatskih promjena, što je porast u odnosu na 1 od 25 danas. A učiti u Priroda klimatskih promjena predviđa da će do sredine ovog stoljeća do tri četvrtine hidroenergetskih projekata u svijetu imati smanjenu proizvodnju zbog klimatskih promjena u hidrologiji. Zemlje koje uvelike ovise o hidroenergiji osjetljive su na sušu, au mnogim će se regijama taj rizik povećati. Na primjer, hidroenergija osigurava gotovo svu električnu energiju za Zambiju i sušu 2016. u južnoj Africi uzrokovao je pad nacionalne proizvodnje električne energije u Zambiji za 40%, uzrokujući ogromne ekonomske poremećaje i gubitke. Ova ranjivost naglašava vrijednost raznolikih izvora proizvodnje unutar mreža.

Hidroenergija nije uvijek sporna, zajednički jezik se može pronaći. Iako su organizacije za zaštitu prirode i hidroenergetski sektor često imali sporne odnose, zajednički jezik se može pronaći. Na primjer, u Sjedinjenim Američkim Državama, predstavnici hidroenergetskog sektora, uključujući National Hydropower Association (NHA), i nekoliko organizacija za očuvanje osnovali su “Neuobičajen dijalog za hidroelektrane” (potpuno otkrivanje: u ovom sam dijalogu predstavljao svoju organizaciju, World Wildlife Fund-US). Sudionici u Uncommon Dialogue složili su se da hidroenergija ima ključnu ulogu u održivoj energetskoj budućnosti te da zaštita i obnova rijeka u SAD-u trebaju biti prioritet. Sudionici Uncommon Dialogue podržali su zakonodavstvo u skladu s tom zajedničkom vizijom, a Zakon o infrastrukturi, potpisan prošle godine, uključio je 2.3 milijarde američkih dolara za povećanje kapaciteta hidroelektrana bez dodavanja novih brana (kroz rekonstrukcije i napajanje brana bez pogona) i za uklanjanje zastarjelih brana kako bi se obnovile rijeke i poboljšala javna sigurnost.