Udstikker en positiv vej til en bæredygtig energifremtid

Den forestående FN-klimakonference (COP27), der afholdes i Egypten i november, sætter fokus på de veje, der er nødvendige for at nå globale klimamål. En hurtig dekarbonisering af økonomier er central for at stabilisere klimaet, herunder opnåelse af netto-nul-strømsystemer inden 2050. Men med verden, der også står over for en natur-/biodiversitetskrise og stræber efter at nå et sæt udviklingsmål, skal disse veje tage højde for deres indvirkning på samfund og økosystemer; stabilisering af klimaet bør stræbe efter at være i overensstemmelse med opretholdelse af jordens livsunderstøttende systemer.

Flere af fremskrivningerne for, hvad der er nødvendigt for at opnå strømsystemer i overensstemmelse med 1.5° C-klimamålet har en fordobling af den globale vandkraftkapacitet, som f.eks Det Internationale Energiagentur (IEA) og International agentur for vedvarende energi (IRENA). Selvom det er en mindre proportional stigning end andre vedvarende energikilder såsom vind- og solcelleanlæg, der forventes at stige mere end tyve gange, repræsenterer en fordobling af den globale vandkraftkapacitet ikke desto mindre en dramatisk udvidelse af større infrastruktur, der vil påvirke verdens floder – og de forskelligartede fordele, de giver samfund og økonomier fra ferskvandsfiskeri, der fodrer hundredvis af millioner til oversvømmelsesbegrænsning og stabile deltaer.

Kun en tredjedel af verdens største floder forbliver fritflydende – og en fordobling af den globale vandkraftkapacitet ville resultere i opdæmning af omkring halvdelen af ​​disse, samtidig med at der genereres mindre end 2 % af den nødvendige vedvarende produktion i 2050.

Næsten alle nye energiprojekter, inklusive vind og sol, vil forårsage nogle negative påvirkninger, men tab af en større økosystemtype - store, fritflydende floder - i den skala vil have store afvejninger for mennesker og natur på globalt plan. Som sådan fortjener udbygning af vandkraft særlig omhyggelig planlægning og beslutningstagning. Her undersøger jeg nogle store spørgsmål, der er relevante for evaluering af vandkraft, herunder spørgsmål, der ofte misforstås.

Lille vandkraft antages ofte at være bæredygtig eller lav påvirkning, men det er ofte ikke tilfældet. Lille vandkraft er ikke konsekvent defineret (f.eks. klassificerer nogle lande "lille vandkraft" som alt op til 50 MW), men er ofte kategoriseret som projekter under 10 MW. Fordi projekter af den størrelse ofte antages at have mindre indvirkninger på miljøet, modtager små vandkraftprojekter ofte incitamenter eller tilskud og/eller nyder godt af begrænset miljøvurdering. Imidlertid kan spredningen af ​​små vandkraftdæmninger forårsage betydelige kumulative påvirkninger. Yderligere kan selv et lille projekt på en særlig dårlig beliggenhed forårsage overraskende store negative påvirkninger.

Vandkraft fra flodløb præsenteres også ofte for at have begrænsede negative påvirkninger, men nogle af dæmningerne med den største påvirkning af floder er dæmninger, der løber fra floden. Afløbsdæmninger lagrer ikke vand i lange perioder; mængden af ​​vand, der strømmer ind i projektet, er den samme som den mængde, der strømmer ud af projektet – i hvert fald på daglig basis. Imidlertid kan løb-of-flod-projekter lagre inden for en dag, når de opererer for "hydropeaking", der lagrer vand hele dagen og frigiver det i løbet af et par timer med spidsbelastning. Denne driftsform kan forårsage store negative påvirkninger på nedstrøms flodøkosystemer. Fordi floddæmninger ikke har store oplagringsreservoirer, forårsager de ikke nogle af de store påvirkninger på mennesker og floder, der er forbundet med store oplagringsreservoirer, herunder storstilet forskydning af samfund og forstyrrelser af sæsonbestemte flodstrømningsmønstre. Men disse forskelle fører alt for ofte til mere gennemgribende generaliseringer om, at løb-af-flod-projekter ikke har indvirkning på floder – eller selv at flodvandkraft ikke kræver en dæmning. Mens nogle løb-of-flod-projekter ikke inkluderer en dæmning på tværs af hele kanalen, kræver mange store løb-of-flod-projekter en dæmning, der fragmenterer en flodkanal (se billedet nedenfor). Denne uhensigtsmæssige generalisering bliver særlig problematisk, når fortalere for et projekt peger på dets løb-of-flod-status som en kort hånd til at argumentere for, at det vil have minimal indvirkning. Denne "forhastede generalisering" blev brugt af fortalere for Xayaboury-dæmningen ved Mekong-floden, som har store konsekvenser for både fiskevandring og fangst af sediment, der er nødvendigt af nedstrømsdeltaet.

Mens miljøvurderinger af vandkraftdæmninger ofte fokuserer på lokale forhold, kan negative påvirkninger faktisk manifestere sig selv hundredvis af kilometer væk fra en dæmning. Når vandkraftdæmninger blokerer bevægelsen af ​​vandrende fisk, kan de forårsage negative påvirkninger på økosystemer på tværs af et helt vandløbsopland, både opstrøms og nedstrøms for dæmningen. Og fordi vandrende fisk ofte er blandt de vigtigste bidragydere til ferskvandsfiskeri, oversættes dette til negative påvirkninger for mennesker, selv nogle der bor hundredvis af kilometer fra et dæmningssted. Vandkraftdæmninger har været en primær bidragyder til dramatiske globale tab af vandrende fisk, som har faldt med 76% siden 1970, med højprofilerede eksempler som Columbia og Mekong floderne. En anden langdistancepåvirkning er sediment. En flod er mere end en strøm af vand, den er også en strøm af sediment, såsom silt og sand. Floder afsætter dette sediment, når de kommer ind i havet, og skaber et delta. Deltaer kan være ekstremt produktive – for både landbrug og fiskeri – og mere end 500 millioner mennesker lever nu på deltaer rundt om i verden, inklusive dem i Nilen, Ganges, Mekong og Yangtze. Men når en flod går ind i et reservoir, aftager strømmen betydeligt, og meget af sedimentet falder ud og "fanges" bag dæmningen. Reservoarer opfanger nu cirka en fjerdedel af den globale årlige flux af sediment—silt og sand, der ellers ville være med til at opretholde deltaer i lyset af erosion og havniveaustigning. Nogle nøgledeltaer, såsom Nilen, har nu mistet mere end 90 % af deres sedimentforsyning og synker nu og krymper. Vandkraftdæmninger kan således have stor indflydelse på nøgleressourcer på tværs af store vandløbsoplande, bl.a globalt vigtige fødevareforsyninger, men alt for ofte fokuserer miljøvurderingen af ​​vandkraftprojekter primært på lokale påvirkninger.

Fiskepassage omkring dæmninger har sjældent afbødet de negative virkninger af dæmninger på vandrende fisk. Fiskepassage, såsom fiskestiger eller endda elevatorer, er et almindeligt afbødningskrav for dæmninger. Fiskepassage blev oprindeligt udviklet på floder, der havde kraftige svømmende og springende fiskearter, såsom laks, men passagestrukturer føjes nu til dæmninger på store tropiske floder - såsom Mekong eller bifloder til Amazonas - selvom der er meget begrænsede data eller eksempler på hvordan fiskepassage fungerer i disse floder. EN 2012 gennemgang af alle peer-reviewede undersøgelser af fiskepassagepræstationer fandt, at fiskepassage fungerede langt bedre for laks end for andre typer fisk; i gennemsnit har strukturer en succesrate på 62 % for laks, der svømmer opstrøms. Det tal kan virke højt, men de fleste fisk skal navigere flere dæmninger i træk; selv med den relativt høje succesrate på 62 % ved hver dæmning, ville mindre end en fjerdedel af laks med succes passere tre dæmninger. For ikke-laks var succesraten 21% - selv med kun to dæmninger vil kun 4% af vandrende fisk have succes (se nedenfor). Yderligere kræver de fleste fisk også nedstrøms migration, i det mindste for larve- eller ungfisk, og nedstrøms passagehastigheden er ofte endnu lavere.

Vandkraft er ikke længere den billigste teknologi til vedvarende produktion. I de seneste årtier er prisen på vind faldet med omkring en tredjedel, og prisen på solenergi er faldet med 90 % – og disse reduktioner i omkostningerne ser ud til at fortsætte. I mellemtiden de gennemsnitlige omkostninger til vandkraft er steget noget i løbet af det seneste årti, således at landvind nu er blevet den laveste gennemsnitlige omkostning blandt vedvarende energikilder. Selvom dens gennemsnitlige omkostninger stadig er lidt højere end vandkraft, projekterer solenergi nu satte konsekvent rekorden for laveste energiprojekt.

Vandkraft har den højeste hyppighed af forsinkelser og omkostningsoverskridelser blandt store infrastrukturprojekter. En undersøgelse foretaget af EY viste, at 80 procent af vandkraftprojekter oplevede omkostningsoverskridelser med en gennemsnitlig overskridelse på 60 procent. Begge disse andele var de højeste blandt typerne af store infrastrukturprojekter i deres undersøgelse, herunder fossile og atomkraftværker, vandprojekter og havvindprojekter. Undersøgelsen fandt også, at 60 procent af vandkraftprojekterne oplevede forsinkelser med en gennemsnitlig forsinkelse på næsten tre år, kun overskredet af kulprojekter, som havde lidt længere gennemsnitlige forsinkelser.

Vandkraft kan levere solid energiproduktion eller -lagring til støtte for variable vedvarende energikilder såsom vind og sol...

Vind og sol er allerede den førende form for ny generation, der tilføjes hvert år, og prognoser forudser lave kulstofnet, hvor vind og sol er de dominerende generationsformer. Men stabile net vil have brug for mere end vind og sol, de vil også have brug for en kombination af fast generation og lager, der vil balancere net i perioder – fra minutter til uger – hvor tilgængeligheden af ​​disse ressourcer falder. I mange net er vandkraft blandt de teknologier, der kan give fast energi. En type vandkraft - pumpet lagringsvandkraft (PSH) - er i øjeblikket den dominerende form for lagring i brugsskala på net (ca. 95%). I et PSH-projekt pumpes vand op ad bakke, når strømmen er rigeligt, og opbevares i et øvre reservoir. Når der er behov for strøm, strømmer vandet tilbage ned ad bakke til det nederste reservoir og genererer elektricitet til nettet.

…men disse tjenester kan ofte leveres uden yderligere tab af fritflydende floder. Forskning fokuseret på muligheder for netudvidelse har vist, at lande ofte kan imødekomme fremtidig efterspørgsel efter elektricitet med kulstoffattige muligheder, der undgår nye dæmninger på fritflydende floder, enten gennem større investeringer i vind og sol som erstatning for vandkraft med store negative påvirkninger eller igennem omhyggelig placering af ny vandkraft der undgår dæmningsudvikling på større fritstrømmende floder eller i beskyttede områder. Yderligere kan de to reservoirer i et pumpet lagerprojekt bygges på steder væk fra floder og cykle vandet frem og tilbage mellem dem. Forskere fra Australian National University kortlagde 530,000 placeringer overalt i verden med den passende topografi til at understøtte off-channel pumped storage, med kun en lille del nødvendig for at give tilstrækkelig lagerplads til vedvarende energi-dominerede net rundt om i verden. Eksisterende reservoirer eller andre funktioner som f.eks forladte minegrave kan også bruges i pumpede lagerprojekter.

Ikke alle globale scenarier i overensstemmelse med klimamål inkluderer en fordobling af vandkraft. Selvom flere fremtrædende organisationer (f.eks. IEA og IRENA), der modellerer, hvordan fremtidige elsystemer kan være i overensstemmelse med klimamål, inkluderer en fordobling af den globale vandkraftkapacitet, er det ikke alle sådanne scenarier, der gør. Mens IEA- og IRENA-modellerne f.eks. inkluderer mindst 1200 GW ny vandkraftkapacitet i 2050, er blandt de scenarier, der anvendes af det mellemstatslige panel om klimaændringer (IPCC), som er i overensstemmelse med 1.5.° C-mål, cirka en fjerdedel af dem omfattede mindre end 500 GW ny vandkraft. Tilsvarende En jordklimamodel, også i overensstemmelse med 1.5° C-mål, omfatter kun omkring 300 GW ny vandkraft i 2050.

Vandkraftproduktion kan udvides uden nye dæmninger Elsystemer kan tilføje vandkraftproduktion uden at tilføje nye vandkraftdæmninger på to primære måder: (1) eftermontering af eksisterende vandkraftprojekter med moderne turbiner og andet udstyr; og (2) tilføjelse af turbiner til ikke-drevne dæmninger. EN undersøgelse fra det amerikanske energiministerium fandt, at med de rette økonomiske incitamenter på plads, kunne disse to tilgange tilføje 11 GW vandkraft til den amerikanske vandkraftflåde, en stigning på 14 % i forhold til dagens kapacitet. Hvis lignende potentiale var tilgængeligt i andre lande rundt om i verden, repræsenterer det mere end halvdelen af ​​den yderligere globale vandkraftkapacitet, der er inkluderet i En jordklimamodel inden 2050. Yderligere kan tilføjelse af "flydende solenergi"-projekter på reservoirerne bag vandkraftdæmninger, der kun dækker 10 % af deres overflade, tilføje 4,000 GW ny kapacitet, der er i stand til at generere cirka dobbelt så meget strøm, som der genereres fra al vandkraft i dag.

Vandkraft er sårbar over for klimaændringer, hvilket understreger værdien af ​​diversificerede net. Jeg var hovedforfatter på en undersøgelse der fandt ud af, at i 2050 vil 61 procent af alle globale vandkraftdæmninger være i bassiner med meget høj eller ekstrem risiko for tørke, oversvømmelser eller begge dele. I 2050 vil 1 ud af 5 eksisterende vandkraftdæmninger være i områder med høj oversvømmelsesrisiko på grund af klimaændringer, op fra 1 ud af 25 i dag. EN studere i Nature Climate Change forudsagt, at op til tre fjerdedele af vandkraftprojekter på verdensplan vil have reduceret produktion på grund af klimadrevne skift i hydrologi i midten af ​​dette århundrede. Lande, der er meget afhængige af vandkraft, er sårbare over for tørke, og i mange regioner vil denne risiko stige. For eksempel leverer vandkraft næsten al elektricitet til Zambia og en tørke i 2016 i det sydlige Afrika fik Zambias nationale elproduktion til at falde med 40%, hvilket forårsager enorme økonomiske forstyrrelser og tab. Denne sårbarhed understreger værdien af ​​diversificerede kilder til produktion inden for net.

Vandkraft er ikke altid omstridt, fælles fodslag kan findes. Mens bevaringsorganisationer og vandkraftsektoren ofte har haft et omstridt forhold, kan man finde fælles fodslag. For eksempel i USA dannede repræsentanter for vandkraftsektoren, herunder National Hydropower Association (NHA), og flere bevaringsorganisationer en "Usædvanlig dialog for vandkraft” (fuld afsløring: Jeg repræsenterede min organisation, World Wildlife Fund-US, i denne dialog). Deltagerne i Uncommon Dialogue var enige om, at vandkraft havde en nøglerolle i en bæredygtig energifremtid, og at beskyttelse og restaurering af floder i USA burde være en prioritet. Deltagerne i Uncommon Dialogue støttede lovgivning i overensstemmelse med den fælles vision, og infrastrukturloven, der blev underskrevet sidste år, omfattede 2.3 milliarder USD til at øge vandkraftkapaciteten uden at tilføje nye dæmninger (gennem eftermontering og strømforsyning af ikke-drevne dæmninger) og til fjernelse af aldrende dæmninger for at genoprette floder og forbedre den offentlige sikkerhed.